hidrogel

May 01, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 17781 (2022) Citar este artigo

3188 Acessos

6 Citações

2 Altmétrica

Detalhes das métricas

Dispositivos microfluídicos que combinam um ambiente de matriz extracelular, células e perfusão fisiologicamente relevante, são vantajosos como plataformas de cultura de células. Desenvolvemos uma plataforma de cultura celular microfluídica à base de hidrogel carregando células de glioblastoma U87 encapsuladas em hidrogel de polietileno glicol (PEG) em poços com tampa de membrana em polidimetil siloxano (PDMS). O sistema de cultura de células microfluídicas multicamadas combina recursos de design relatados anteriormente em uma configuração que carrega e perfunde biomimeticamente uma matriz 2D de câmaras de cultura de células. Uma dimensão da matriz é alimentada por um gerador de gradiente de concentração microfluídica (MCGG), enquanto a dimensão ortogonal fornece canais de carregamento que preenchem fileiras de câmaras de cultura de células em uma camada separada. Em contraste com os típicos misturadores MCGG em forma de árvore, uma diluição em série fracionária de 1, ½, ¼ e 0 da concentração inicial de soluto é obtida ajustando as larguras de microcanais de entrada. Os hidrogéis são carregados de forma eficiente e reprodutível em todos os poços e as células são distribuídas uniformemente por todo o hidrogel, mantendo > 90% de viabilidade por até 4 dias. Em um ensaio de triagem de drogas, a difusão de temozolomida e carmustina para células U87 encapsuladas em hidrogel a partir da solução de perfusão é medida e curvas de dose-resposta são geradas, demonstrando a utilidade como uma imitação in vitro do microambiente de glioblastoma.

Quase 97% dos medicamentos desenvolvidos para intervenções oncológicas falham durante os ensaios clínicos devido à dependência de modelos de medicamentos inadequados, especificamente modelos de cultura de células bidimensionais (2D) in vitro1. Embora os modelos de cultura de células 2D in vitro sejam convenientes de usar, eles não representam adequadamente o microambiente tumoral complexo, pois o comportamento celular é afetado pela morfologia plana do plástico rígido e planar normalmente usado2,3. Para abordar as preocupações com modelos de cultura de células 2D, houve uma mudança para modelos de cultura de células cancerígenas tridimensionais (3D) como imitadores fisiologicamente mais relevantes do microambiente tumoral4. No geral, os modelos de tumor 3D podem assumir várias formas, como esferoides, organoides ou culturas baseadas em matriz e coculturas, para citar algumas5,6. Para adicionar complexidade e aumentar a relevância fisiológica, os modelos de tumor 3D podem ser combinados com dispositivos microfluídicos para permitir a perfusão ou imitar a vascularização7. Os sistemas microfluídicos que combinam células, uma matriz extracelular e perfusão são bons imitadores do microambiente tumoral in vivo e são de baixo custo e reprodutíveis, permitem o uso de pequenos volumes de cultura e têm um design controlável que pode ser otimizado para uma aplicação desejada8, 9. Os sistemas de cultura de células baseados em perfusão fornecem nutrientes às células e removem resíduos metabólicos de maneira a imitar o transporte de massa in vivo e manter os fatores solúveis próximos às concentrações biológicas10. Além disso, gradientes temporais e espaciais podem ser gerados dentro de sistemas microfluídicos, expandindo ainda mais seu valor como plataformas de triagem de drogas8. No entanto, projetar e operar um sistema de perfusão microfluídica robusto para cultura 3D de células de mamíferos aderentes é um desafio3. Os desafios podem estar relacionados ao design do dispositivo, como escolher a configuração de cultura apropriada, materiais ou fabricação de rede microfluídica, ou puramente técnicos, como esterilização, semeadura de células no dispositivo, otimização do transporte de massa e tensões de cisalhamento de fluxo para maximizar a viabilidade celular, e evitando bolhas de ar nos canais de perfusão.

Os misturadores de gradiente foram desenvolvidos para sistemas microfluídicos que podem ser usados ​​para fornecer mistura no chip para fornecer concentrações discretas de fatores solúveis para sistemas de cultura celular que podem ser usados ​​para manter células, diferenciar células-tronco ou responder a várias questões biológicas11. Muitos desses misturadores microfluídicos utilizam estruturas semelhantes a árvores com vários estágios que requerem mistura completa antes do final de cada estágio8,12,13, semelhante ao projeto usado aqui. A formação de gradiente no chip elimina a possibilidade de erros de pipetagem, diminui as chances de contaminação e permite menos entradas microfluídicas que simplificam a configuração em comparação com dispositivos microfluídicos com gradientes gerados externamente14,15.