Mathematical modelling of oxygen gradients in stem cell-derived liver tissue.
Mathematical modelling of oxygen gradients in stem cell-derived liver tissue.
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DOI：
10.1371/journal.pone.0244070
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Hay DC
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Leedale JA;Lucendo-Villarin B;Meseguer-Ripolles J;Kasarinaite A;Webb SD;Hay DC
人体肝脏生理学研究的一个主要瓶颈是提供足够数量的稳定的肝组织。因此，目前模拟人类药物疗效和毒性的方法在很大程度上依赖于永生化的人类和动物细胞系。这些模型提供了信息，但也存在明显的缺陷。为了解决这些模型带来的问题，研究人员转向了多能干细胞(PSCs)。PSCs可以从特定的遗传背景中产生，是可扩展的，并能够分化为人体内发现的所有细胞类型，为体外和体内的努力提供了一个有吸引力的体细胞来源。尽管在体外可以产生无限数量的体细胞类型，但它们的成熟仍然是一个问题。为了发展高保真的PSC来源的肝组织，有必要更好地了解体外的细胞微环境，包括肝脏生理的关键要素。在体内，从门静脉周围到中心周围区域存在的氧气梯度是分区肝功能的一个主要驱动因素。在这篇文章中，我们演示了如何优化PSC来源的肝球系统的细胞培养条件，以通过数学建模概括生理上相关的氧气梯度。该数学模型包含了传统球体系统的一些经常被低估的特征和机制，如细胞特定的摄氧量、介质体积、球体大小和可能导致氧在空间上不均匀分布的井尺寸。这种数学建模方法允许通过重述体内微环境来校准和鉴定在微组织内产生生理上真实功能所需的培养条件。
A major bottleneck in the study of human liver physiology is the provision of stable liver tissue in sufficient quantity. As a result, current approaches to modelling human drug efficacy and toxicity rely heavily on immortalized human and animal cell lines. These models are informative but do possess significant drawbacks. To address the issues presented by those models, researchers have turned to pluripotent stem cells (PSCs). PSCs can be generated from defined genetic backgrounds, are scalable, and capable of differentiation to all the cell types found in the human body, representing an attractive source of somatic cells for in vitro and in vivo endeavours. Although unlimited numbers of somatic cell types can be generated in vitro, their maturation still remains problematic. In order to develop high fidelity PSC-derived liver tissue, it is necessary to better understand the cell microenvironment in vitro including key elements of liver physiology. In vivo a major driver of zonated liver function is the oxygen gradient that exists from periportal to pericentral regions. In this paper, we demonstrate how cell culture conditions for PSC-derived liver sphere systems can be optimised to recapitulate physiologically relevant oxygen gradients by using mathematical modelling. The mathematical model incorporates some often-understated features and mechanisms of traditional spheroid systems such as cell-specific oxygen uptake, media volume, spheroid size, and well dimensions that can lead to a spatially heterogeneous distribution of oxygen. This mathematical modelling approach allows for the calibration and identification of culture conditions required to generate physiologically realistic function within the microtissue through recapitulation of the in vivo microenvironment.
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DOI：
10.1186/1476-5926-7-4
发表时间：
2008-05-05
期刊：
Comparative hepatology
影响因子：
--
作者：
Martinez I;Nedredal GI;Øie CI;Warren A;Johansen O;Le Couteur DG;Smedsrød B
通讯作者：
Smedsrød B
DOI：
10.1039/c6tb00331a
发表时间：
2016-05-28
期刊：
Journal of materials chemistry. B
影响因子：
--
作者：
Lucendo-Villarin B;Rashidi H;Cameron K;Hay DC
通讯作者：
Hay DC
影响因子：
3.8
作者：
Shipley, R. J.;Davidson, A. J.;Chan, K.;Chaudhuri, J. B.;Waters, S. L.;Ellis, M. J.
通讯作者：
Ellis, M. J.
影响因子：
3.8
作者：
Glicklis, R;Merchuk, JC;Cohen, S
通讯作者：
Cohen, S
影响因子：
2.8
作者：
Hu, Guoqing;Li, Dongqing
通讯作者：
Li, Dongqing