片上视网膜类器官:用于长期维持类器官的微微流控生物反应器。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:37
文章英文标题
Retinal organoids on-a-chip: a micro-millifluidic bioreactor for long-term organoid maintenance.
正文
视网膜变性在全球范围内是导致视力损害和失明的首要原因,对于晚期疾病的医疗并不存在。干细胞源性视网膜器官( RtOgs )成为组织替代治疗的新兴工具。然而,现有的RtOg生产方法存在高度异构性。为了规范RtOg的生产和维护,需要有可控和可预测的方法和工具。在本研究中,我们设计了一种无剪切应力的微微流控生物反应器,用于近乎无劳动的视网膜器官样维持。我们使用立体光刻( SLA ) 3D打印机制造了一个模具,由它铸造聚二甲基硅氧烷( PDMS )。我们利用电子模拟和体外评价对芯片设计进行优化,以优化各培养室的传质效率和浓度均匀性。我们成功地在优化的生物反应器芯片上培养了三个不同分化阶段(第41天、第88天和第128天)的RtOgs 1个月以上。我们采用不同的定量和定性技术对静态培养皿法和生物反应器法生产的RtOgs进行了全面的表征。通过相差显微镜、单细胞RNA测序( scRNA seq )、定量聚合酶链式反应( qPCR )、免疫组织化学和电镜分析,发现生物反应器培养的RtOgs具有与静态培养相当的细胞类型和形态,并且具有相似的视网膜基因表达水平。我们还利用荧光寿命成像( FLIM )对两组RtOgs的代谢活性进行了评价,发现生物反应器培养的RtOgs在成像过程中的外表面区域具有与静态培养的RtOgs相当的游离/结合NADH比值和整体较低的长寿命物种( LLS )比值。综上,我们验证了一种能够显著降低剪切应力的自动化微微流控装置,能够生产出与常规静态培养保持相当质量的RtOgs。
文章内容(英文)
Retinal degeneration is a leading cause of vision impairment and blindness worldwide and medical care for advanced disease does not exist. Stem cell-derived retinal organoids (RtOgs) became an emerging tool for tissue replacement therapy. However, existing RtOg production methods are highly heterogeneous. Controlled and predictable methodology and tools are needed to standardize RtOg production and maintenance. In this study, we designed a shear stress-free micro-millifluidic bioreactor for nearly labor-free retinal organoid maintenance. We used a stereolithography (SLA) 3D printer to fabricate a mold from which Polydimethylsiloxane (PDMS) was cast. We optimized the chip design using in silico simulations and in vitro evaluation to optimize mass transfer efficiency and concentration uniformity in each culture chamber. We successfully cultured RtOgs at three different differentiation stages (day 41, 88, and 128) on an optimized bioreactor chip for more than 1 month. We used different quantitative and qualitative techniques to fully characterize the RtOgs produced by static dish culture and bioreactor culture methods. By analyzing the results from phase contrast microscopy, single-cell RNA sequencing (scRNA seq), quantitative polymerase chain reaction (qPCR), immunohistology, and electron microscopy, we found that bioreactor-cultured RtOgs developed cell types and morphology comparable to static cultured ones and exhibited similar retinal genes expression levels. We also evaluated the metabolic activity of RtOgs in both groups using fluorescence lifetime imaging (FLIM), and found that the outer surface region of bioreactor cultured RtOgs had a comparable free/bound NADH ratio and overall lower long lifetime species (LLS) ratio than static cultured RtOgs during imaging. To summarize, we validated an automated micro-millifluidic device with significantly reduced shear stress to produce RtOgs of comparable quality to those maintained in conventional static culture.
来源出处
Journal|[J]Lab on a Chip2021.
谷歌学术影响力
[db:学术影响力]
DOI
https://doi.org/10.1039/D1LC00011J

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