Localized Induction of Gene Expression in Embryonic Stem Cell Aggregates Using Holographic Optical Tweezers to Create Biochemical Gradients.
Localized Induction of Gene Expression in Embryonic Stem Cell Aggregates Using Holographic Optical Tweezers to Create Biochemical Gradients.
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DOI：
10.1007/s40883-019-00114-5
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发表时间：
2020
影响因子：
2.6
通讯作者：
Buttery LD
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kirkham GR;Ware J;Upton T;Allen S;Shakesheff KM;Buttery LD
模拟天然组织结构和功能的三维（3D）细胞模型使得能够在体外更详细地研究生理和病理机制。我们以前已经证明了使用全息光镊（HOTs）构建和操纵3D多细胞显微结构的能力。在这里，我们展示了一个精确图案化的3D微环境和生化梯度模型的构建，该模型由小鼠胚状体（mEBs）和嵌入水凝胶中的载有维甲酸（RA）的聚合物微粒组成。我们证明了离散的，带状表达的RA诱导蛋白Stra 8内的mEB响应RA从聚合物微粒释放，直接对应于使用HOTs的微粒的定义的3D定位。这些结果表明，该技术能够在可定义的长度尺度上产生化学微梯度，并以保真度和精确度引发特定的生物反应。该技术可用于体外微环境的研究，以实现对3D细胞模型，其细胞组装以及药物或生化分子的递送的新见解，用于功能和形态发生反应的工程和询问。图形摘要本文的在线版本（10.1007/s40883-019-00114-5）包含补充材料，可供授权用户使用。
Three-dimensional (3D) cell models that mimic the structure and function of native tissues are enabling more detailed study of physiological and pathological mechanisms in vitro. We have previously demonstrated the ability to build and manipulate 3D multicellular microscopic structures using holographic optical tweezers (HOTs). Here, we show the construction of a precisely patterned 3D microenvironment and biochemical gradient model consisting of mouse embryoid bodies (mEBs) and polymer microparticles loaded with retinoic acid (RA), embedded in a hydrogel. We demonstrate discrete, zonal expression of the RA-inducible protein Stra8 within mEBs in response to release of RA from polymer microparticles, corresponding directly to the defined 3D positioning of the microparticles using HOTs. These results demonstrate the ability of this technology to create chemical microgradients at definable length scales and to elicit, with fidelity and precision, specific biological responses. This technique can be used in the study of in vitro microenvironments to enable new insights on 3D cell models, their cellular assembly, and the delivery of drug or biochemical molecules for engineering and interrogation of functional and morphogenic responses. Graphical abstract The online version of this article (10.1007/s40883-019-00114-5) contains supplementary material, which is available to authorized users.
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