Hydrogels as a 3D ex vivo platform for cell expansion, organoid formation, and engineering an artificial human salivary gland.
水凝胶作为 3D 离体平台,用于细胞扩增、类器官形成和人造人类唾液腺工程。
基本信息
- 批准号:RGPIN-2022-03615
- 负责人:
- 金额:$ 2.84万
- 依托单位:
- 依托单位国家:加拿大
- 项目类别:Discovery Grants Program - Individual
- 财政年份:2022
- 资助国家:加拿大
- 起止时间:2022-01-01 至 2023-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
New methodologies are being developed to create in vitro models that can mimic the 3D native human tissue environment to study cell biological behavior in a controlled system. Animal models, cell culture, and patient biopsies have increased our understanding of human salivary glands (huSG) biology. However, they only provide limited evidence on how huSG function, repair, and regenerate. Building an ex vivo model such as an artificial huSG system can improve our understanding of huSG biology in real-time. The challenges in engineering an artificial huSG are 1) to expand saliva-secreting cells while maintaining their differentiated state, 2) shortage of huSG tissue, and 3) supply them with an accurate supporting scaffold. Thus, despite our progress in engineering an artificial huSG, we still lack the understanding of how to assemble salivary cells into a fully functional tissue. The principal goal of our 5-year research is to engineer a healthy physiological salivary gland system to study huSG biology ex vivo in real-time. To achieve it, Aim#1 will develop a 3D matrix (bioink) that mimics huSG native tissue by adding different extracellular matrix (ECM) components. We have preliminary results of a robust ECM analog matrix that allows SG cells to reorganize as spheroids (a primitive unit of an assembled organ in vivo). Because there is insufficient fresh tissue (biopsies) for each experiment, Aim #2 will immortalize huSG cell lines to provide a stable and reproducible source of huSG cells. We have one immortalized cell line that grows as healthy, viable spheroids in our 3D matrix. Aim #3 will engineer an artificial 3D system simulating the huSG cell organization ex vivo. Using computer-assisted design models, bioinks, and bioprinting technology, we will print different cell types in specific locations in our 3D model. In preliminarily studies, we have printed one prototype using two different cell types with saliva-secreting cells, although non yet functional due its reorganization as spheroids. Aim#4 will identify the key proteins involved in saliva production and their correct location in the 3D-printed system. We will validate the artificial organ functionality (saliva production) using next-generation techniques and drug stimulation. Finally, the functional huSG construct will be used as an organoid expansion system and transplanted into in vivo models, achieving a trustable system for SG biology studies in real-time (long-term aim). This research program will provide a reliable, reproducible, ex vivo expansion system for huSG, generating a new platform for advanced studies in understanding SG biology in real-time that will also benefit research in physiology, stem cell, cell/ tissue engineering, and biomaterials. We have high expectations in the planned program to yield unparalleled insights for cell transplantation and regenerative medicine.
正在开发新的方法来创建可以模拟3D天然人体组织环境的体外模型,以研究受控系统中的细胞生物学行为。动物模型、细胞培养和患者活检增加了我们对人类唾液腺(huSG)生物学的理解。然而,他们只提供了有限的证据,关于huSG如何发挥作用,修复和再生。构建离体模型,如人工huSG系统,可以提高我们对huSG生物学的实时理解。人工huSG工程的挑战是1)在维持唾液分泌细胞分化状态的同时扩增唾液分泌细胞,2)huSG组织短缺,以及3)为它们提供准确的支撑支架。因此,尽管我们在人工huSG工程方面取得了进展,但我们仍然缺乏对如何将唾液细胞组装成功能齐全的组织的理解。我们5年研究的主要目标是设计一个健康的生理唾液腺系统,以实时离体研究huSG生物学。为了实现这一目标,Aim#1将开发一种3D基质(bioink),通过添加不同的细胞外基质(ECM)成分来模拟huSG天然组织。我们有一个强大的ECM类似物矩阵,使SG细胞重组为球体(在体内组装器官的原始单位)的初步结果。因为每个实验没有足够的新鲜组织(活组织检查),所以目标#2将使huSG细胞系永生化以提供稳定且可再现的huSG细胞来源。我们有一个永生化的细胞系,它在我们的3D矩阵中生长为健康的、有活力的球状体。目标#3将设计一个模拟离体huSG细胞组织的人工3D系统。使用计算机辅助设计模型,生物墨水和生物打印技术,我们将在3D模型的特定位置打印不同的细胞类型。在初步研究中,我们使用两种不同的细胞类型打印了一个原型,其中有唾液分泌细胞,尽管由于其重组为球状体而尚未发挥作用。目标4将确定参与唾液产生的关键蛋白质及其在3D打印系统中的正确位置。我们将使用下一代技术和药物刺激来验证人工器官的功能(唾液产生)。最后,功能性huSG构建体将用作类器官扩增系统并移植到体内模型中,实现实时SG生物学研究的可靠系统(长期目标)。这项研究计划将为huSG提供一个可靠的,可重复的,离体扩增系统,为实时了解SG生物学的高级研究提供一个新的平台,这也将有利于生理学,干细胞,细胞/组织工程和生物材料的研究。我们对计划中的项目寄予厚望,希望为细胞移植和再生医学提供无与伦比的见解。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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