Mauruuru koe mo te toro ki Nature.com.Ko te putanga tirotiro e whakamahia ana e koe he iti te tautoko mo te CSS.Mo te wheako pai, ka tūtohu kia whakamahia e koe he tirotiro kua whakahoutia (whakawetohia ranei te aratau hototahi ki Internet Explorer).
Ko te morphogenesis whekau tangata ka whakau i nga ahuatanga crypt-villus o te 3D epithelial microarchitecture me te whakahaere mokowhiti. Ko tenei hanganga ahurei e hiahiatia ana hei pupuri i te gut homeostasis ma te tiaki i te kohanga o nga pūtau kakau i roto i te crypt basal mai i nga antigens microbial exogenous me o ratou metabolites. mucosal surface.Na reira, ko te hanga ano i nga hanganga epithelial 3D he mea tino nui mo te hanga i nga tauira whekau in vitro.Otirā, ka taea e te mimetic mimetic gut-on-a-chip te hanga i te morphogenesis 3D mahorahora o te epithelium intestinal me te whakarei ake i nga mahi ahupūngao me te biomechanics. gut on a microfluidic chip and in a Transwell embedded hybrid chip.Ka whakaahuahia e matou nga tikanga taipitopito mo te hanga taputapu, te whakatipu i te Caco-2 or intestinal organoid epithelial cell intestinal organoid epithelial i roto i nga tautuhinga tikanga tae atu ki runga i te microfluidic platform, induction of 3D morphogenesis, and characterization of established 3D epithelia achievements by gutture imaging modalities intestinal organoid epithelial instances as well as in a microfluidic platform, induction of 3D morphogenesis, and characterization of established 3D epithelia achieved by gutture imaging modalities by gutture imaging modals. te whakahaere i te rere o te wai basolateral mo te 5 d.Ko ta maatau tikanga morphogenesis in vitro e whakamahi ana i te ahotea kutikuti me te nekehanga miihini e tika ana mo te tinana, kaore hoki e hiahiatia he mahi miihini matatini, he raweke ranei, ka nui ake pea i etahi atu tikanga o naianei. E whakaaro ana matou he nui nga paanga o to maatau kawa mo te hapori rangahau koiora, e whakarato ana i tetahi tikanga ki te whakahou i te 3D intestinal itestinal epithelial, me te paparanga koiora. tono.
Ko nga whakamatautau e whakaatu ana ko nga pūtau epithelial Caco-2 intestinal i whakatipuhia i roto i te gut-on-a-chip1,2,3,4,5 or bilayer microfluidic devices6,7 ka taea te whai i te morphogenesis 3D in vitro me te kore e tino mohio ki te tikanga o raro. epithelial morphogenesis in vitro, kua whakaatuhia e Caco-2 me nga organoids intestinal i ahu mai i te manawanui. I whakamanahia nga pūtau epithelial.I roto i tenei rangahau, i tino aro atu matou ki te whakaputanga pūtau me te tohatoha kukū o te kaitukino Wnt kaha, Dickkopf-1 (DKK-1), i roto i te gut-on-a-chip me nga taputapu microfluidic whakarereke kei roto i nga whakauru Transwell, e kiia ana ko " Hybrid Chip ". Ka whakaatuhia e matou te taapiri o te Wnt antagonists o waho, Wnt1 antagonists (DKK1) he mea huna. Ko te pūmua 1, ko Soggy-1 ranei) ki te whekau maramara ka aukati i te morphogenesis, ka whakararu ranei i te paparanga epithelial 3D kua oti te hanga, e kii ana ko te taumahatanga antagonistic i te waa ahurea te kawenga mo te morphogenesis intestinal in vitro. ma te rere kaha (hei tauira, i roto i te gut-on-a-chip, hybrid-on-a-chip platforms) ranei te whakamaaramatanga .Basolateral media (hei tauira, mai i nga whakaurunga a Transwell ki roto i nga awaawa nui i roto i nga puna).
I roto i tenei kawa, ka whakaratohia e matou he tikanga taipitopito mo te hanga i nga miihini miihini-ki-te-kiripi me nga maramara ranu Transwell-insertable (taahiraa 1-5) ki te whakatipu i nga pūtau epithelial intestinal i runga i te polydimethylsiloxane (PDMS)-i runga i nga kiriuhi porous (taahiraa 6A, 7A, 8, 9) ranei polyesterBs membranes (8, 9) polyester in 8, 9 ranei polyester in 8, 9. 9) me te morphogenesis 3D in vitro (step 10). I tautuhia ano e matou nga ahuatanga pūtau me te molecular e tohu ana mo te histogenesis motuhake o te kiko me te rereketanga o te waea e whakawhirinaki ana ki te whakapapa ma te whakamahi i nga tikanga whakaahua maha (taahiraa 11-24). Ka akiakihia e matou te morphogenesis ma te whakamahi i nga waahanga epithelial intestinal tangata, i roto ranei i nga waahanga epithelial intestinal tangata, i roto ranei i nga waahanga hangarau e rua, tae atu ki nga waahanga Cainaco-a-ahua. whakarerekētanga o kiriuhi maiengi, hanga o 2D monolayers, me te intestinal biochemical and Reproduction of the biomechanical microenvironment.in vitro.Hei whakaawe i te morphogenesis 3D mai i te 2D epithelial monolayers, i tangohia e matou nga antagonists morphogen i roto i nga momo ahurea e rua ma te rere i te reo ki roto i te wahanga basolateral o te ahurea. paparanga epithelial ka taea te whakamahi ki te whakatauira i te tipu o te epithelial e whakawhirinaki ana ki te morphogen, nga tikanga-hoa-a-roopu-a-roopu, te mate pathogen, te whara inflammatory, te mate o te arai epithelial, me nga maimoatanga-a-probiotic Tauira.whakaawe.
Ka whai hua pea ta maatau kawa ki nga kaiputaiao whanui (hei tauira, te koiora mucosal intestinal, biology stem cell, me te koiora whanaketanga) me te rangahau tono (hei tauira, te whakamatautau tarukino preclinical, te whakatauira mate, te hangarau kiko, me te gastroenterology) te paanga whanui. Ka taea te hora ki te hunga whakarongo e ako ana i te hihiri o te tohu tohu i te wa o te whanaketanga o te whekau, te whakahou, te homeostasis ranei .I tua atu, he pai to taatau kawa mo te uiui i nga mate i raro i nga momo mate hopuhopu penei i te Norovirus 8, Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), Clostridium difficile, Salmonella choae or Clostridium difficile. Ka whai hua ano te hunga whakarongo mo te pathology mate me te pathogenesis.Ma te whakamahi i te punaha microphysiology gut i runga maramara ka taea te mahi tahi-ahua roa 10 me te aromatawai i muri mai i te parepare a te kaihautu, nga urupare aukati me te whakatikatika i nga whara e pa ana ki te pathogen i roto i te waahanga gastrointestinal (GI) 11 .Ko etahi atu mate GI e pa ana ki te mate pukupuku leaky, te mate celiac, te mate o te Crohn's i te mate pukupuku, te mate pukupuku o te mate pukupuku, te mate pukupuku o te Crohn, te mate pukupuku, te mate pukupuku, te mate pukupuku o te Crohn, te mate pukupuku, te mate pukupuku, te mate pukupuku o te Crohn, te mate pukupuku, te mate pukupuku, te mate pukupuku, te mate pukupuku o te Crohn, Ko nga paparanga epithelial intestinal 3D kua whakaritea ma te whakamahi i nga paparanga epithelial intestinal 3D o te manawanui, ko enei mate ko te atrophy villous, te poto o te crypt, te kino o te mucosal, te arai epithelial ngoikore ranei.Biopsy or stem cell-derived intestinal organoids12,13.Ki te pai ake te whakatauira o te mate ki te ahua o te mate o te taiao, te ahua o te mate, te ahua o te mate o te taiao. te manawanui o nga pūtau mononuclear toto peripheral (PBMCs), ki nga tauira kei roto 3D intestinal villus-crypt microarchitectures. ngā pūtau ārai mate motuhake, 5.
I te mea ka taea te whakatika me te tiro i te hanganga mokoiti epithelial 3D me te kore o te waahanga waahanga, ko nga kaimakitaki e mahi ana i nga tuhinga mokowhiti me te whakaahua teitei-taumira teitei ranei e aro nui ana ki ta maatau mapi o te waahi mokowhiti o nga ira me nga pūmua i runga i nga kohanga epithelial. Hiahia ana ki te hangarau.Whakautu ki te moroiti, ki te whakaihiihi mate ranei.I tua atu, ko te korero-whakawhitiwhiti-microbiome longitudinal 10, 14 e ruruku ana i te gut homeostasis ka taea te whakatuu i roto i te paparanga mucosal intestinal 3D ma te mahi tahi i nga momo momo moroiti, hapori microbial, microbiota fecal-on-a-chip, ina koa i roto i te whekau. He tino ataahua tenei huarahi ki te hunga whakarongo e ako ana i te mucosal immunology, gastroenterology, microbiome tangata, culturomics me te microbiology haumanu e whai ana ki te ngaki i nga microbiota whekau i mua kaore i whakatipuria i roto i te taiwhanga.Mehemea ka taea te urutau to tatou kawa morphogenesis in vitro ki nga whakatakotoranga ahurea tauineine, penei i te whakauru multiwell i roto i te 24, 496 pai pereti lateral computing ranei. Ka taea hoki te tuku i te kawa ki te hunga e whakawhanake ana i te rongoa, biomedical, i te tirotiro teitei ranei, i nga waahi whakamana ranei mo te ahumahi kai.Hei tohu-pono-pono, i whakaatu tata nei matou i te whaihuatanga o te punaha morphogenesis-nui-a-nui-a-nui ka taea te tauine ki te whakatakotoranga pereti 24-poka. I tua atu, he maha nga okana-i-te-a-chip18 hua whaimana18. Ko ta maatau tikanga in vitro morphogenesis ka taea te whakatere me te whai waahi pea e te maha o nga taiwhanga rangahau, ahumahi, kawanatanga me nga tari whakahaere kia mohio ai ki te reprogramming pūtau o te in vitro gut morphogenesis i te taumata transcriptomic ki te whakamatautau i nga raau taero, biotherapeutics ranei Ko te whakauru me te kawe o nga kaitono tarukino i aromatawaihia ma te whakamahi i te 3D gut surrogates, te whakamahi ranei i te tauira- ritenga-a-roopu-a-roopu, arumoni ranei. tukanga morphogenesis.
He iti te maha o nga tauira whakamatautau e pa ana ki te tangata kua whakamahia ki te ako i te morphogenesis epithelial intestinal, na te korenga o nga tikanga e taea te whakatinana hei whakaawe i te morphogenesis 3D in vitro. Inaa, ko te nuinga o nga mohiotanga o naianei mo te morphogenesis whekau kei runga i nga rangahau kararehe (hei tauira, zebrafish20, kiore21, heihei ranei, he maha nga utu, he maha nga utu. paopaohia, me te mea nui, kaua e whakatau tika i nga tikanga whanaketanga tangata.He iti rawa enei tauira i roto i to ratou kaha ki te whakamatau i roto i te maha-ara scalable manner.Na reira, to tatou kawa mo te whakahou i nga hanganga kiko 3D i roto i te vitro he pai ake i roto i nga tauira kararehe vivo me etahi atu tauira ahurea pūtau 2D tawhito tawhito. te waahi o nga pūtau rereke i roto i te tuaka crypt-villus hei whakautu ki nga momo whakaihiihi mucosal, parepare ranei. Ka taea e nga paparanga epithelial 3D he waahi ki te ako me pehea te whakataetae o nga pūtau microbial ki te hanga i nga waahi mokowhiti me te whanaketanga kaiao hei whakautu ki nga mea manaaki (hei tauira, i roto me nga papa o waho o te mucus, te hunanga o te IgA me nga peptide antimicrobial e taea ana e tatou te mohio ki nga peptides antimicrobial. he pehea te hanga o te microbiota whekau i ona hapori me te whakaputa i nga metabolites microbial (hei tauira, te waikawa ngako mekameka poto) e hanga ana i te whakahaerenga pūtau me nga kohanga pūtau kakau i roto i nga crypts.
I tua atu i ta maatau tikanga mo te hanga i nga hanganga epithelial intestinal 3D, he maha nga tikanga in vitro.Ko te ahurea organoid intestinal he hangarau hangarau hou o te toi i runga i te maara o nga pūtau kakau intestinal i raro i nga tikanga morphogen motuhake23,24,25.Heoi, ko te whakamahi i nga tauira 3D organoid-culture he maha nga wa ko te tātaritanga o te kaihautu-a-roto mo te kawe waka. Ko te lumen intestinal kei roto i te organoid, na reira, he iti noa te whakaurunga o nga waahanga luminal penei i nga pūtau microbial, antigens exogenous ranei. Ka taea te whakapai ake i te urunga ki nga lumens organoid ma te whakamahi i te microinjector,26,27 engari ko tenei tikanga he whakaekenga me te kaha o te mahi me te hiahia matauranga motuhake ki te mahi.I tua atu, ko nga ahurea organoid tuku iho e mau tonu ana i roto i nga scaffolds hydrogel i raro i nga tikanga pateko kaore i te whakaata tika i te kaha o te koiora koiora.
Ko etahi atu huarahi e whakamahia ana e te maha o nga roopu rangahau e whakamahi ana i nga scaffolds hydrogel 3D kua oti te hanga ki te whakatauira i te hanganga epithelial gut na roto i te whakatipu i nga pūtau whekau tangata taratahi i runga i te mata o te kiri. Hangaia nga scaffolds hydrogel ma te whakamahi i te 3D-printed, micro-milled, lithographically fabricated molds. morphogen gradients, te whakarite i te ahua teitei o te hanganga epithelial me te stroma-epithelial crosstalk ma te whakauru i nga pūtau stromal i roto i te scaffold.Heoi, ko te ahua o nga scaffolds kua oti te hanga i mua ka aukati i te whakaaturanga o te tukanga morphogenetic mahorahora tonu.Kaore ano enei tauira e whakarato i te hihiri o te ramarama, te hikoi i raro i te rere o te wai i raro i te rere o te wai. me te whai i nga mahi a-tinana.Ko tetahi atu rangahau hou i whakamahi i nga taara wai i roto i te papaaawa moroiti me te tauira i nga hanganga epithelial intestinal e whakamahi ana i nga tikanga taiaho-etching.Ko nga organoids whekau kiore e whai ana i nga tauira kua mau ki te hanga i nga hanganga ngongo intestinal, me te rere o te wai intraluminal ka taea te whakahiato ma te whakamahi i te tauira microfluidics kaore he tauira mokowhiti. Mechanobiological movements.3D nga tikanga ta mai i te roopu kotahi i kaha ki te hanga ngongo ngongo iti me nga tukanga morphogenetic mahorahora.Ahakoa te hanga uaua o nga wahanga whekau rereke i roto i te ngongo, karekau hoki tenei tauira i te rere o te wai marama me te huringa miihini. I tua atu, ka iti te whakahaere o te tauira, ina koa i muri i te otinga o te tukanga whakaputa koiora, kawaa-whakamatautau-whakamatautau-a-a-tau e whakarato ana i nga tikanga o te kawa. morphogenesis whekau, ahotea kutikuti e whai kiko ana ki te tinana, biomechanics e whakataurite ana i te motiness gut, te urunga o nga wahanga apical me te basolateral motuhake, me te hanga ano i nga taiao moroiti koiora matatini o te modularity.
Ko ta tatou kawa e tino aro ana ki te 3D epithelial morphogenesis, me nga pūtau epithelial anake i roto i te ahurea me te kore atu momo o nga pūtau a tawhio noa penei i nga pūtau mesenchymal, nga pūtau endothelial, me nga pūtau aukati. ko te gut-on-a-chip me te hybrid-on-a-chip ka taea e tatou te hanga ano i te paparanga epithelial 3D nukunuku, etahi atu uauatanga koiora penei i nga taunekeneke epithelial-mesenchymal33,34, extracellular Matrix (ECM) deposition 35 me, i roto i ta maatau tauira, nga ahuatanga o te crypt-villus e kawe ana i nga kohanga o nga pūtau kakau ka noho tonu ki roto i nga pūtau basal.blasts. Ko te mesenchyme he mahi nui i roto i te hanga o nga pūmua ECM me te whakaritenga o te morphogenesis intestinal i roto i te vivo35,37,38. Ko te taapiri o nga pūtau mesenchymal ki to maatau tauira i whakarei ake i te tukanga morphogenetic me te pai o te whakapiri pūtau. Ko te paparanga endothelial (arā, capillaries, lymphatics ranei) he mahi nui ki te whakahaere i te whakaraerae4 me te kawe i te ngongo ngongo30 i roto i te molecular. microenvironment.I tua atu, ko nga waahanga vasculature ka taea te hono i waenga i nga tauira kiko he mea nui ka hangaia nga tauira kiko ki te whakaatu i nga taunekeneke maha-okana.Na reira, me whakauru pea nga pūtau endothelial ki te whakatauira i nga ahuatanga whaiaroaro tika ake me te taumira taumata okana.He mea nui ano hoki mo te whakaatu mai i nga turoro-i takea mai i te hunga mate mo te whakaatu i nga urupare mate-a-roto, te urupare mate-a-roto, te urupare-a-mate, me te antigenfic. te aukati i roto i te horopaki o te peehi i te mate intestinal.
Ko te whakamahinga o nga maramara ranu he maamaa ake i te gut-on-a-chip no te mea he ngawari ake te tatūnga taputapu me te whakamahi i nga whakaurunga Transwell ka taea te whakatipu i te ahurea o te gut epithelium. i te taha apical.E marama ana, he uaua nga ahuatanga pateko i roto i te wahanga apical e taea ai te mahi tahi huakita mo te wa roa i roto i nga maramara ranu.Ahakoa ka taea e tatou te whakakorikori i te morphogenesis 3D i roto i nga whakaurunga Transwell ina whakamahi ana i nga maramara ranu, na te kore o nga miihini koiora me te rere o te wai apical ka taea te whakatiki i te kaha o te tono maramara ranu.
Ko te hanga-tauine-katoa o te tuaka crypt-villus tangata i roto i te gut-on-a-chip me te hybrid-on-a-chip ahurea kaore ano kia tino whakapumautia. I te mea ka timata te morphogenesis mai i te epithelial monolayer, karekau te hangahanga moroiti 3D e whakarato i te ahua o te ahua ki nga crypts i roto i te vivo. 3D epithelium, te crypt me nga rohe villous kaore i tino wehewehea.Ahakoa teitei ake nga awa o runga o te maramara ka piki ake te teitei o te microengineered epithelium, ko te teitei teitei kei te iti tonu ki ~300-400 µm. Ko te teitei o te whekau iti he ~600 µm41.
Mai i te tirohanga atahanga, in situ super-taumira atahanga o 3D microarchitectures ka iti ki te whekau i runga i te maramara, na te mea ko te tawhiti mahi e hiahiatia ana mai i te arotahi whainga ki te paparanga epithelial kei runga i te raupapa o etahi mitamano. PDMS.I tua atu, i te mea ko te paparanga-a-papahanga microfabrication o te whekau i runga i te maramara ka uru ki te piri tonu i waenga i ia paparanga, he tino uaua ki te whakatuwhera, ki te tango ranei i te paparanga o runga ki te tirotiro i te hanganga mata o te paparanga epithelial.Hei tauira, ma te whakamahi i te karu hiko matawai (SEM).
Ko te hydrophobicity o te PDMS he mea iti i roto i nga rangahau microfluidic-based e pa ana ki nga ngota ngota iti hydrophobic, na te mea ka taea e te PDMS te whakauru kore motuhake i aua ngota ngota hydrophobic. Ko etahi atu ki te PDMS ka whakaarohia me etahi atu rauemi polymeric. He rereke, ko te whakarereketanga o te mata o te PDMS (hei tauira, te paninga ki te lipophilic 4) ka taea te whakaaro ki nga rauemi polymeric4 whakaiti i te urunga o nga ngota ngota hydrophobic.
I te mutunga, kaore i tino pai te ahua o ta maatau tikanga mo te whakarato i te tirotiro nui-nui ranei "kotahi te rahi-nui-katoa" papaawhakamatautau pai-kaiwhakamahi. Ko te kawa o naianei e hiahia ana he papu syringe mo ia microdevice, e tango ana i te waahi i roto i te incubator CO2 me te aukati i nga whakamatautau-nui. 384-pai nga whakaurunga maiangi e taea ai te whakakii tonu me te tango i nga panui basolateral).
Hei whakakorikori i te 3D morphogenesis o te epithelium intestinal tangata in vitro, i whakamahia e matou he taputapu whekau maramara microfluidic e rua nga hongere moroiti whakarara me te kiriuhi maiangi rapa i waenganui hei hanga i tetahi atanga lumen-capillary. Ka whakaatu ano hoki matou i te whakamahinga o te taputapu microfluidic kotahi-hongere (he maramara ranu) e whakarato ana i te rere haere tonu i roto i te paparanga whakawhiti i raro i te paparanga. Ka taea te whakaatu te morphogenesis o nga momo epithelial epithelial tangata ma te whakamahi i te raweke aronga o te rere ki te tango i nga antagonists morphogen mai i te wahanga basolateral. Ko te tikanga whakamatautau katoa (Whakaahua 1) e rima nga waahanga: (i) microfabrication o te maramara punuatuna ranei Transwell insertable maramara ranu (step 1-5;) (Caco-2 cells) or organoids intestinal tangata; pouaka 2-5), (iii) te ahurea o nga pūtau epithelial intestinal i runga i nga maramara whekau, i nga maramara ranu ranei (taahiraa 6-9), (iv) te whakaurunga o te morphogenesis 3D in vitro (taahiraa 10) me te (v)) hei tohu i te hanganga moroiti epithelial 3D (taahiraa 11-24). vitro morphogenesis ma te whakatairite i te epithelial morphogenesis ki te mokowhiti, mokowhiti, herenga, tikanga whakahaere ranei.
E rua nga papaaa ahurea rereke i whakamahia e matou: gut-on-a-chip me nga hongere totika, nga hongere kore-raina ranei, nga maramara ranu kei roto Transwell (TW) whakauru ki roto i te taputapu microfluidic, i hangaia pera i whakaahuatia i te Pouaka 1, me te taahiraa 1 -5. Ko nga okana whekau tangata) me nga tikanga tikanga e whakamahia ana i roto i tenei kawa. Ka taea te whakamahi i nga paparanga epithelial intestinal, hei tauira, i roto i te tohu rereke o nga pūtau, nga rangahau o te tinana o te whekau, te whakatuu i nga rauwiringa kaiao-microbiome, me te whakatauira mate. Ko nga whakaahua Immunofluorescence i roto i te "Cell Differentiation" e whakaatu ana i te karihi, te F-actin me te MUC2 e whakaatuhia ana i roto i te paparanga 3D Caco-2 e whakaatu ana i roto i te 3D Caco-2 e whakaatu ana i roto i te paparanga whekau 3D Caco-2 e. Ko nga whakaahua karekorero i roto i te Gut Physiology e whakaatu ana i te hūpē i puta mai i te paru mo te waikawa sialic me nga toenga N-acetylglucosamine e whakamahi ana i te agglutinin germ wheat fluorescent. coli e whakaatu ana i te pūmua rewharewha matomato (GFP) me te microengineered 3D Caco-2 pūtau epithelial. Ko te papa matau e whakaatu ana i te waahi o te GFP E. coli i mahi tahi me te 3D Caco-2 epithelial cell, ka whai i te immunofluorescence staining ki te F-actin (whero) me te karihi (puru). me nga antigens huakita (hei tauira, lipopolysaccharide, LPS) me nga pūtau aukati (hei tauira, PBMC; kakariki).I whakatipuhia nga ruma Caco-2 ki te whakatu i tetahi paparanga epithelial 3D. Pae Tauine, 50 µm.Whakaahua kei te rarangi o raro: "Differentiation of cell" i urutau me te whakaaetanga mai i te tohutoro.2. Oxford University Press; I whakaputahia me te whakaaetanga mai i Ref.5. NAS; “Kaihautu-Microbe Co-Culture” i urutau me te whakaaetanga mai i te ref.3. NAS; "Whakatauira mate" i urutauhia me te whakaaetanga mai i te tohutoro.5. NAS.
I hangaia nga maramara gut-on-chip me te hybrid ma te whakamahi i nga tauira PDMS i whakahekehia mai i nga miihini silicon e te lithography ngawari1,44 me te tauira ki te SU-8. Ko te hoahoa o nga microchannels i ia maramara ka whakatauhia ma te whakaaro ki te hydrodynamics penei i te ahotea kutikuti me te pehanga hydrodynamic1,4,12.The original gut-on-a-chip . whakarara whakarara microchannels tika, kua tipu ki te whekau-i-te-mataiti matatini (Raraunga Whakawhānui Fig. 1b) kei roto i te rua o nga hongere moroiti kōpiko hei whakakorikori i te piki ake o te wa noho wai, nga tauira rere kore, me te whakarereketanga maha-axial o nga pūtau whakatipu (Fig. 2a–f) 12. ka taea te whiriwhiri i te gut-on-a-chips.Kua whakaatuhia e matou ko te Gut-Chip kua whakakorikoria hoki e kaha te whakakorikori i te 3D morphogenesis i roto i te waa rite me te ahua rite o te tipu o te epithelial i whakaritea ki te Gut-Chip taketake, ahakoa he aha te momo pūtau ahurea. Ko nga tauira SU-8 i whakarato i nga ahuatanga kino i muri i te whakaheke (Fig. 2a). Hei hanga i te whekau i runga i te maramara, ka honoa te paparanga PDMS o runga kua oti te whakarite ki tetahi kiriata PDMS porous, ka hono ki te paparanga PDMS o raro ma te hononga korekore ma te whakamahi i te corona treater (Fig. 2b–f). e taea ai te whakauru i nga whakaurunga Transwell (Fig. 2h and Extended Data Fig. 2). Ko te tukanga honohono ka mahia ma te maimoatanga i nga papa o te tauira PDMS me te karaihe ki te plasma oxygen, te maimoatanga corona ranei. I muri i te whakakorikori o te taputapu microfabricated e piri ana ki te ngongo silicone, kua rite te tatūnga taputapu ki te mahi i te 3D morphlogenesis epithelium2 (epithelium morphogenesis).
a, Whakaahuatanga hoahoa mo te whakarite i nga wahanga PDMS mai i SU-8 tauira molds silicon tauira. I ringihia te otinga PDMS uncured ki runga ki te pokepokea ai silicon (maui), rongoa i te 60 °C (waenganui) me te turaki (matau) .Ko te PDMS demolded i tapahia ki mongamonga me horoi mo te whakamahi atu.b, Whakaahua o te silicon PDMS mold i whakamahia hei whakarite. hanga te PDMS porous membrane.d, He raupapa o nga whakaahua o nga waahanga o runga me raro o te PDMS me te taputapu whekau kua kohia i runga i te maramara.e, Te whakahiato o nga waahanga o runga, te membrane, me te raro o te PDMS. Ko ia paparanga he mea hono kore e te plasma, corona treatment ranei.f, Schematic of the fabricated gut-on-a-chinnel device chambers.g, Tatūnga o te gut-on-a-chip mo te microfluidic cell culture.The gut fabricated on a chip assembled with a silicone tube and syringe was put on a coverslip.The chipset put on the lit of 150 mm Petri dish for processing.The binder is used to close the silicone tube.h, Visual snapshots of 3D hybrids chipmorphswell prepares of 3D hybrids fabric morphogenesis. ki te ahurea Ko nga taarua 2D o nga pūtau epithelial intestinal i whakauruhia ki roto i te maramara ranu hei whakakorikori i te morphogenesis 3D intestinal. Ka whakakorikorihia te reo ma roto i nga hongere moroiti i raro i te paparanga pūtau i whakapumautia i runga i te Transwell insert.Scale bar, 1 cm.h Reprinted with permission from reference.4. Elsevier.
I roto i tenei kawa, ka whakamahia te raina pūtau Caco-2 me nga organoids intestinal hei puna epithelial (Fig. 3a). I whakatipua takitahi nga momo momo pūtau e rua (Pouaka 2 me Pouaka 5) ka whakamahia ki te rui i nga hongere moroiti kua pania ki te ECM o te whekau maramara me te whakaurunga Transwell. I te wa e hono ana nga pūtau (>95%2 i roto i te ahurea kapi (> 95% i roto i nga tikanga o te Cascobets), ka kapi i nga wa katoa. Ko te 10 me te 50) kei roto i nga ipu-T ka hauhaketia hei whakarite i nga whakatārewatanga o te pūtau wehe ma te wai trypsinization (pouaka 2). Ko nga whekau o te tangata mai i te biopsies intestinal me te wehenga pokanga i whakatipuria ki roto i te Matrigel scaffold domes i roto i nga pereti 24-poka hei tautoko i te hangahanga microenviring. Ko te R-spondin me te Noggin) me nga mea tipu kua rite ki te korero i te Pouaka 3 ka taapirihia i ia ra kia tipu nga organoids ki te ~ 500 µm te diameter. Ka hauhakehia nga organoids kua tino tupu, ka wehea ki roto i nga ruma kotahi mo te rui ki te whekau, ki te whakauru Transwell ranei i runga i te maramara (Pouaka 5). colitis, mate o Crohn, mate pukupuku tae, he kaituku noa ranei), te waahi rewharewha (hei tauira, te rewharewha me te waahi karekau i pangia) me te waahi gastrointestinal i roto i te riu (hei tauira, duodenum, jejunum, ileum, cecum, colon, rectum ranei). Ka whakaratohia e matou he kawa tino pai i roto i te Pouaka 5 mo te whakatipu i te koroni i roto i nga konupora iti ake e hiahiatia ana i te konupora (coloids) organoids.
a, Rerengamahi mo te whakaurunga o te morphogenesis gut i roto i te maramara whekau.Ka whakamahia te epithelium intestinal tangata Caco-2 me nga organoids intestinal i roto i tenei kawa hei whakaatu i te morphogenesis 3D. Ko nga pūtau epithelial motuhake i purapura i roto i te taputapu gut-on-a-chip kua oti te whakarite (te whakarite maramara). (D0), ka timatahia te rere o te apical (AP) me te pupuri mo nga ra tuatahi e 2 (rere, AP, D0-D2).Ka timata ano te rere Basolateral (BL) me nga nekehanga totoro hurihanga (toro, rere, AP me te BL) ka hangaia he monolayer 2D oti. Intestinal 3D morphogenesis puta puta noa i nga ra D morphogenes 3D (whakaahua o te micropogenesis i muri i nga ra D5 contraidic). Ko te ahua o te ahua o nga ruma Caco-2 i ia taahiraa whakamatautau, i te waahi wa ranei (kauwhata pae, 100 µm). (pouaka taiawhio ma) e whakaatu ana i te microvilli kua whakahoutia i runga i te paparanga 3D Caco-2 (matau).c, Tiro whakapae o mua o Caco-2 3D, claudin (ZO-1, whero) me nga kiriuhi taitapa paraihe tonu kua tapaina ko F-actin (matomato) me te karihi (puru) Immunofluorescence whakakitenga i waenganui i nga pūtau maramara waenga ki te epitehell schematic i roto i nga pūtau maramara waenga i te epithell. tohuhia te waahi o te rererangi arotahi mo ia tirohanga whaanui.d, Ko te waa o nga huringa morphological i roto i nga organoids i whakatipuhia i runga i te maramara ka riro mai i te waahanga rereke mo nga ra 3, 7, 9, 11, me te 13. Ko te whakauru (runga matau) e whakaatu ana i te whakanui teitei o te ahua kua whakaratohia. Ko nga whakaahua immunofluorescence e whakaatu ana i nga tohu mo nga pūtau kakau (LGR5; magenta), nga pūtau kaata (MUC2; matomato), F-actin (hina) me te karihi (cyan) i tupu i runga i nga maramara whekau mo nga ra 3, ia (Maui) me te 13-ra (waenganui) organoids i runga i te paparanga epithelial.Tirohia hoki kaore he tohu tohu MUC LG2 e whakaatu ana. tohu tohu.Whakaahua Fluorescence e whakaatu ana i te hangahanga epithelial microstructure (matau) o te 3D organoid epithelium i whakapumautia i roto i te whekau i runga i te maramara ma te whakapoke i te membrane plasma ki te Waikano CellMask (matau) i te ra 13 o te ahurea. Ko te pae tauine he 50 μm ki te kore e whakahuahia.b Reprinted with permission from reference.2. Oxford University Press; c Ka urutau me te whakaaetanga mai i te Tohutoro.2. Oxford University Press; e and f adapted with permission by reference.12 I raro i te Raihana Creative Commons CC BY 4.0.
I roto i te kopu i runga i te maramara, he mea tika ki te whakarereke i te mata hydrophobic o te PDMS porous membrane mo te whakakikoruatanga ECM angitu. I roto i tenei kawa, ka whakamahia e matou nga tikanga rereke e rua hei whakarereke i te hydrophobicity o nga membranes PDMS. membrane.Heoi, ko te tikanga microfluidic o te epithelium organoid e hiahia ana ki te mahi matū i runga i te mata kia tutuki pai ai te whakatakoto o nga pūmua ECM na roto i te tono raupapa polyethyleneimine (PEI) me te glutaraldehyde ki te PDMS microchannels. I muri i te whakarereketanga o te mata, ka tuuhia nga pūmua ECM ki te kapi i nga pūtau PDMS isolter ka whakauruhia ki te mata o te PDMS. ka piri, ka timata te ahurea pūtau microfluidic ma te perfusing anake te reo ki roto i te microchannel o runga tae noa ki te hanga o nga pūtau he monolayer oti, i te mea kei te pupuri te microchannel raro i nga tikanga pateko.Ko tenei tikanga tino pai mo te whakahohe mata me te paninga ECM ka taea te taapiri o te epithelium organoid ki te whakauru i te morphogenesis 3D i runga i te mata PDMS.
Me whakakikoruatia ano hoki e nga ahurea Transwell te ECM i mua i te rui purapura; heoi, karekau nga ahurea Transwell e rapu i nga hikoinga o mua ki te whakakorikori i te mata o nga whakaurunga maiengi.Mo te whakatipu i nga ruma Caco-2 i runga i nga whakaurunga Transwell, ko te paninga ECM i runga i nga whakauru maiengi ka whakatere i te whakapiringa o nga pūtau Caco-2 kua wehea (<1 haora) me te hanganga arai piriti (<1-2 ra). Ko nga whakauru whakauru ECM, ka piri ki te mata o te membrane (<3 h) me te pupuri tae noa ki te hanga o nga organoids he monolayer katoa me te tika o te aukati .Ka mahia nga ahurea Transwell i roto i nga pereti 24-poka me te kore e whakamahia nga maramara ranu.
In vitro 3D morphogenesis in vitro 3D in vitro in vitro in vitro 3D morphogenesis in vitro in vitro 3D can be begini by applying fluid flow to the basolateral aspect of a established epithelial layer.In the gut on a chip, epithelial morphogenesis started when the medium perfused in the upper and lower microchannels (Fig. 3a) . hei whakawhiwhi i nga matūkai me te serum ki nga pūtau e herea ana ki nga kiriuhi porous me te whakaputa i te ahotea kutikuti luminal, ko te tikanga ka whakamahia e matou te rere rua i roto i te whekau i runga i te maramara.I roto i nga maramara ranu, ko nga whakauru Transwell kei roto i nga epithelial monolayers i whakauruhia ki roto i nga maramara ranu.Na, ka whakamahia te reo i raro i te taha basolateral o te porous Transwell whakaurua i muri i te microinal3tinnel-morphe whakaurua i muri i te microinal3tinnel. te rere basolateral i roto i nga papa ahurea e rua.
Ka taea te wetewete i nga ahuatanga ahua o nga paparanga epithelial 3D microengineered ma te whakamahi i nga momo ahua whakaahua, tae atu ki te waahanga rereke o te waahanga, te miihini rereke rereke (DIC), te SEM, te immunofluorescence confocal microscopy (Whakaahua 3 me te 4). layers.Na te maamaatanga o nga kiriata PDMS me nga kiriata polyester, ka taea e te gut-on-a-chip me te hybrid chip platforms te whakarato i te waa-a-waa i roto i nga whakaahua o te waahi me te kore e hiahiatia te waahanga, te whakakore ranei o te taputapu.I te wa e mahi ana i te whakaahua immunofluorescence (Whakaahua 1, 3c, f me te 4b, c), he rite tonu nga pūtau (paradeformly) (PFA), whai muri ko Triton X-100 me te 2% (wt/vol) ) bovine serum albumin (BSA), i runga i te raupapa. I runga i te momo pūtau, ka taea te whakamahi i nga momo whakatika, permeabilizers, me te aukati. (hei tauira, 4′,6-diamidino-2-phenylene) indole, DAPI) ranei F-actin (hei tauira, fluorescently tapanga phalloidin) .Ka taea hoki te mahi whakaahua ora i runga i te Fluorescence i te waahi ki te kite i te hanga mucus (Fig. 1, "Cell differentiation" me "Gut physiology"), te nohonga matapōkeretanga o te "Fig.mic physiology"), "Fig. co-culture") , te whakaurunga o nga pūtau aukati (Fig. 1, 'Disease Modeling') ranei nga waahanga o te 3D epithelial morphology (Fig. 3c,f me 4b,c).I te whakarereketanga o te whekau i runga i te maramara ki te wehe i te paparanga o runga mai i te paparanga microchannel o raro, pera i te whakaahuatanga i roto i te ref.I te whakaatu pai i te Fig3D emorphology. ka taea te kite i te taitapa paraihe apical e SEM (Fig. 3b) .Ka taea te aromatawai i te whakaaturanga o nga tohu rerekee ma te mahi i te PCR5 ine ine ranei te raupapa RNA kotahi-waahanga.I tenei keehi, ko nga paparanga 3D o nga pūtau epithelial e tipuhia ana i roto i nga maramara gut, i nga maramara ranu ranei ka hauhakehia e te trypsinization ka whakamahia mo te tātaritanga ngota, ira ranei.
a, Rerengamahi mo te whakaurunga o te morphogenesis intestinal i roto i te maramara ranu.Ka whakamahia te Caco-2 me nga organoids intestinal i roto i tenei kawa hei whakaatu i te morphogenesis 3D i roto i te papaaho maramara ranu.I whakapurangahia nga pūtau epithelial wehe ki roto i nga whakauru Transwell kua rite (TW prep; tirohia te ahua i raro). tikanga (tikanga TW).I muri i nga ra e 7, he whakaurunga Transwell kotahi kei roto he monolayer 2D o nga pūtau epithelial i whakauruhia ki roto i te maramara ranu ki te whakauru i te rere basolateral (Flow, BL), i te mutunga ka puta te reanga o te paparanga epithelial 3D (morphogenesis). te taahiraa whakamatautau, te waahi wa ranei.Ko nga hoahoanga o nga paparanga o runga e whakaatu ana i te whirihoranga whakamatautau mo ia taahiraa.b, Ka taea e nga maramara ranu (maui maui) te morphogenesis 3D o nga pūtau epithelial organoid me nga tirohanga moroiti confocal o runga-iho ka mau ki nga tuunga Z rereke (runga, waenganui, me raro; tirohia nga rarangi irarangi matau me nga rarangi tohu). i kitea nga ahuatanga ahua ahua.F-actin (cyan), karihi (hina).c, Fluorescence confocal micrographs (3D te tirohanga koki) o te organoid-i ahu mai i te epithelial cell i whakatipuria i roto i te Transwell pateko (TW; whakauru i roto i te pouaka taiawhio ma) me te maramara ranu (te kopere nui rawa atu) te whakatairite i te 2D me te 3D whitinga o runga. kokonga matau; “XZ”) ka whakaatu hoki i nga ahuatanga 2D me te 3D. Pae Tauine, 100 µm.c I taia ano me te whakaaetanga mai i te tohutoro.4. Elsevier.
Ka taea te whakarite i nga mana whakahaere ma te whakatipu i nga pūtau ano (Caco-2 or intestinal organoid epithelial cell) ki roto i nga waahanga e rua nga waahanga i raro i nga tikanga tikanga ahurea pateko. kia whakaritea.
Me mahi te tukanga lithography ngawari i roto i te ruma ma.Mo ia paparanga i runga i te maramara (nga paparanga o runga me raro me nga kiripi) me nga maramara ranu, he rereke nga whakaahua whakaahua i whakamahia me te hanga i runga i nga angiangi silicon motuhake na te mea he rereke nga teitei o nga microchannels. 200 µm.
Whakanohoia he angiangi angiangi 3-inihi ki roto i te rihi me te acetone. Me ata hurihuri te pereti mo te 30 hēkona, ka whakamaroke i te hau angiangi. Whakawhitihia te angiangi ki te pereti whai IPA, ka huri i te pereti mo te 30 hēkona kia ma.
He otinga piranha (te ranunga o te hauwai peroxide me te waikawa pungatara mau, 1:3 (vol/vol)) ka taea te whakamahi hei whakanui i te tango i nga toenga waro mai i te mata angiangi silicon.
Ko te wairewa Piranha he tino pirau me te whakaputa wera.He mea tika ano etahi atu tiaki haumaru.Mo te tuku para, tukua te otinga ki te whakamatao me te whakawhiti ki tetahi ipu para paru ma, maroke.Whakamahia nga ipu tuarua me te tapanga tika i nga ipu para.Tia koa te whai i nga aratohu haumaru o te whare mo nga tikanga taipitopito ake.
Whakawetohia nga angiangi ma te whakanoho ki runga i te pereti wera 200 °C mo te 10 min. I muri i te whakamaroketanga, ka ruia e rima nga wa o te angiangi ki te hau kia whakamatao.
Ringihia ~ 10 g o te photoresist SU-8 2100 ki te pokapū o te wafer silicon kua horoia.Whakamahia nga tweezers ki te hora i te photoresist kia rite ki te angiangi.I etahi wa ka tuu te angiangi ki runga i te 65°C wera paraharaha kia kore e piri te photoresist me te ngawari ki te hora.Kaua e tuu tika te angiangi ki runga i te pereti wera.
I tohatoha taurite te SU-8 ki runga i te angiangi ma te paninga miro. Whakatakahia he hurihanga taumai o te SU-8 mo te 5-10 hēkona ki te toha i te 500 rpm i te whakaterenga o te 100 rpm/s. Whakatakotoria te miro matua mo te 200 µm te tauira matotoru ki te 1,500 rpm 50 (mak) a 500 rpm. µm teitei mo te paparanga o runga o te whekau i runga i te maramara; tirohia te “Hipanga Hiahia” i raro nei) kua whakaritea ki te whakaterenga o te 300 rpm/s 30 hēkona i te 1,200 rpm.
Ko te tere o te miro matua ka taea te whakarite kia rite ki te matotoru o te tauira SU-8 i runga i te wafer silicon.
Hei hanga tauira SU-8 o te 500 µm teitei mo te paparanga o runga o te whekau i runga i te maramara, ko te paninga miro me nga takahanga tunu ngohengohe o tenei Pouaka (taahiraa 7 me te 8) i tukuruatia (tirohia te taahiraa 9) ki te whakaputa i nga papa e rua o te 250 µm He paparanga matotoru o SU-8, ka taea te paparanga ki roto i te pouaka whakaata 10µm, ka honoa ki te 12 o te paparanga UV. teitei.
Tunua marie nga angiangi whakakikoruatia SU-8 ma te ata whakatakoto i nga angiangi ki runga i te paraharaha wera i te 65 °C mo te 5 meneti, katahi ka huri i te tautuhinga ki te 95 °C ka whakamakuku mo tetahi atu 40 meneti.
Hei whakatutuki i te 500 μm teitei o te tauira SU-8 i roto i te hongere moroiti o runga, tukurua nga taahiraa 7 me te 8 ki te whakaputa i nga papa e rua 250 μm te matotoru SU-8.
Ma te whakamahi i te UV Mask Aligner, mahia he whakamatautau rama kia rite ki nga tohutohu a te kaihanga ki te tatau i te wa whakakitenga o te angiangi.(wa tuunga, m.
I muri i te whakatau i te wa whakakitenga, tuuhia te whakaahua ki runga i te kaimau kanohi o te whakamarumaru kanohi UV ka tuu te whakaahua ki runga i te angiangi whakakikoruatia SU-8.
Whakanohoia te mata kua oti te taia o te whakaahua ki te taha whakakikorua o SU-8 o te angiangi silicon hei whakaiti i te marara o UV.
Whakaatuhia te angiangi whakakikoruatia SU-8 me te whakakitenga whakaahua ki te 260 mJ/cm2 o te rama UV mo te wa whakakitenga kua tohua (tirohia te taahiraa 10 o tenei pouaka).
I muri i te whakaaturanga o te UV, ka tunuhia nga wafers silicon SU-8 i te 65 ° C mo te 5 min me te 95 ° C mo te 15 min i runga i ia pereti wera hei hanga tauira me te teitei o te 200 μm. Whakaroahia te wa i muri i te tunu i te 95 ° C ki te 30 min ki te hanga tauira me te teitei o te 500 µm.
Ka ringihia te kaiwhakawhanake ki roto i te rihi karaihe, ka makahia te angiangi tunua ki roto i te rihi. Ka rereke pea te rahi o te kaiwhakawhanake SU-8 i runga i te rahi o te pereti karaihe.Me whakarite kia nui te whakamahi i te kaiwhakawhanake SU-8 ki te whakakore rawa i te SU-8. Hei tauira, i te wa e whakamahi ana i te rihi karaihe 150 mm te diameter me te kaha 1 L, whakamahia ~ 300 mL o te kaiwhakawhanake hurihuri mo te SU-8.
Horoihia te pokepokea ai ki te ~10 mL o te kaiwhakawhanake hou ka whai i te IPA ma te rehu i te otinga ma te paipa.
Whakanohoia te angiangi ki roto i te kaihoroi plasma me te whakaatu ki te plasma hāora (te hau hau, te pehanga whaainga 1 × 10−5 Torr, te mana 125 W) mo te 1.5 meneti.
Whakanohoia te angiangi ki roto i te desiccator korehau me te kiriata karaihe ki roto.Ka taea te whakanoho taha ki te taha o nga wafers me nga kiriata.Mehemea ka wehewehea te desiccator korehau ki te maha o nga papa e te pereti, waiho nga kiriata ki roto i te ruma o raro me nga angiangi i roto i te ruma o runga.Whakatakahia te 100 μL o te trichloro(1H, 1H, 2H, 2H, 2H, 1H, 2H) otinga karaihe. korehau mo te silanitanga.
Whakawerahia he ipu o nga pūtau Caco-2 tio ki roto i te kaukau wai 37°C, katahi ka whakawhitia nga pūtau kua rewa ki te ipu T75 kei roto te 15 mL o te reo Caco-2 37°C kua whakamahana i mua.
Hei whakawhiti i nga pūtau Caco-2 i ~90% te whakakotahitanga, tuatahi whakamahana Caco-2 reo, PBS, me te 0.25% trypsin/1 mM EDTA i roto i te kaukau wai 37°C.
Whakahiatohia te reo ma te hauhau korehau. Horoia nga pūtau kia rua ki te 5 mL o te PBS mahana ma te tukurua i te wawata korehau me te taapiri PBS hou.