Neurovascular co-cultures in hydrogel building blocks

Abstract

Doku veya organ modeli oluşturmak son yılların en gözde araştırma konularından biri olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu amaçla, hücrenin ekstrasellüler matrisini taklit edebilecek üç boyutlu doku iskeleleri tasarlanmakta ve yapay çevreye farklı hücrelerin verdiği tepkileri incelenmektedir. Bu çalışmada, hidrojel doku iskelelerinde kullanılan polimerin sentezi ve de bu hidrojel ile üç boyutlu doku iskelelerinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Jelatin metakrilat (GelMA) polimeri sentezlenmiştir ve farklı desenlerde şekiller oluşturabilecek yeni bir mekanizmaya sahip olarak tasarlanan cihaz yardımıyla ve fotopolimerizasyon yöntemi kullanılarak hidrojel bloklar üretilmiştir . Bu cihaz, içine hücre hapsedilmiş hidrojel solüsyonları ile bilgisayar destekli tasarlanmış farklı desenleri oluşturabilmeyi mümkün kılmaktadır.Cihazla üretilen hidrojel blokların karakterizasyonu için renklendirilmiş hidrojel solüsyonu kullanılmıştır ve her bir bloğun birbiriyle temas halinde olduğu gözlenmiştir. Sinir, endotelyal, epitelyal hücreler kullanılarak basit bir sinir doku modeli oluşturulmuştur. Hücrelerin jel bloklar içerisindeki dağılımı, flüoresan parçacıklarla izlenmiştir ve her bir hücre tipi ayrı bir hidrojel blok içinde olsa da bir bütün olarak bulundukları gözlenmiştir. Hücre canlılığı yedi günlük bir test ile değerlendirilmiştir. Hücre canlılığı %80'in üstünde gözlenmiştir. Farklı hücrelerin sahip olduğu farklı büyüme hızı ve kültür ortamındaki farklı davranışlarından dolayı hücrelerin alt-kültürü oldukça zor bir süreçtir ancak bu cihaz farklı hücre tiplerini ayrı hidrojel bloklarının içine hapsetmeyi sağlayıp aynı zamanda da bütün bir şekil oluşturmayı mümkün kıldığından alt-kültür sistemini kolaylaştırmaktadır.Tüm analizler dikkate alındığında hidrojel hizalama cihazının çeşitli çalışma sahalarında kullanılmak üzere oldukça gelecek vadeden bir tasarım olduğu görülmüştür.

Creating a tissue or an organ model is the most emerging field of the biomedical research for the last decades. Three-dimensional scaffolds that will mimic the extracellular matrix were designed and used in various applications to investigate the behavior of cells.In this study, both the synthesis of the polymer and the fabrication of three-dimensional hydrogel scaffolds were practiced. Gelatin methacrylate (GelMA) was synthesized prior to photopolymerization of the hydrogel. A novel scaffold fabrication device was designed and manufactured. This device allowed us fabricating computer aided designed geometries precisely by using cell encapsulated hydrogel solutions. Since co-culturing cells are challenging due to different growth rate and behavior in the culture medium, this device let us encapsulate different cells in different hydrogel posts while building a whole geometry. The hydrogel texture characterization was performed using colored hydrogel solutions and it is observed that the device keep the distinct post in contact precisely. A neural tissue model was created using neural, epithelial and endothelial cells as a proof of concept. Cell distribution was evaluated using cell trackers that provide observing different cell types under fluorescent light and this proved that the fabrication system makes different cell type containing hydrogel posts one whole system. The viability of the co-cultured hydrogel system was investigated for seven days. Results showed that the viability of the system was above 80% which was a promising data for further studies. Overall findings showed that the precise hydrogel alignment device is promising for further application in many fields.