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Construction of multi-scale vascular chips and modelling of the interaction between tumours and blood vessels†
Materials Horizons ( IF 12.2 ) Pub Date : 2019-08-28 , DOI: 10.1039/c9mh01283d Jing Nie 1, 2, 3, 4, 5 , Qing Gao 1, 2, 3, 4, 5 , Chaoqi Xie 1, 2, 3, 4, 5 , Shang Lv 1, 2, 3, 4, 5 , Jingjiang Qiu 5, 6, 7, 8 , Yande Liu 5, 9, 10, 11 , Mengzi Guo 12, 13, 14 , Rui Guo 5, 15, 16, 17 , Jianzhong Fu 1, 2, 3, 4, 5 , Yong He 1, 2, 3, 4, 5
Materials Horizons ( IF 12.2 ) Pub Date : 2019-08-28 , DOI: 10.1039/c9mh01283d Jing Nie 1, 2, 3, 4, 5 , Qing Gao 1, 2, 3, 4, 5 , Chaoqi Xie 1, 2, 3, 4, 5 , Shang Lv 1, 2, 3, 4, 5 , Jingjiang Qiu 5, 6, 7, 8 , Yande Liu 5, 9, 10, 11 , Mengzi Guo 12, 13, 14 , Rui Guo 5, 15, 16, 17 , Jianzhong Fu 1, 2, 3, 4, 5 , Yong He 1, 2, 3, 4, 5
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Despite the substantial progress in the construction of vascular structures in the past few years, building a whole blood circulatory system model containing both large vessels and capillaries inside cell-laden hydrogels remains a big challenge. Here, we present a flexible and novel process to construct a hydrogel-based microfluidic chip with such a multi-scale network by combining high-resolution three-dimensional (3D) printing and a twice-crosslinking strategy. The whole process includes: (1) vascular system design (from arteries and capillaries to veins), (2) template printing (ultrafine fiber network), (3) hydrogel material casting (formation of partially-crosslinked hydrogel sheets), (4) template peeling off (creation of microgrooves on the surfaces of the hydrogel sheets), (5) hydrogel sheet bonding (formation of a closed channel network) and (6) cell loading (specific cells seeded onto specific positions mimicking in vivo conditions). We demonstrated that it is easy to fabricate the ubiquitous structures of biological vascular systems, highly-branched networks, spiral vessels, stenosis, etc. The endothelial cell (EC) channels exhibit representative vascular functions. As a proof of concept, a bulk breast tumor tissue with a functional vascular network was built. Additionally, a vascular–tumour co-culture concept has been proposed and constructed through the process to investigate the interaction between tumours and blood vessels. The proposed strategy can also be applied to help engineer diverse meaningful in vitro models for extensive biomedical applications, from physiology and disease study to therapy evaluation.
中文翻译：
多尺度血管芯片的构建和肿瘤与血管相互作用的建模†
尽管在过去的几年中，血管结构的建设取得了长足的进步，但建立一个充满血液的水凝胶内部包含大血管和毛细血管的全血循环系统模型仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们提出了一种灵活而新颖的方法，通过结合高分辨率三维（3D）打印和两次交联策略来构建具有这种多尺度网络的基于水凝胶的微流体芯片。整个过程包括：（1）血管系统设计（从动脉和毛细血管到静脉），（2）模板印刷（超细纤维网络），（3）水凝胶材料浇铸（形成部分交联的水凝胶片），（4）模板剥落（在水凝胶片表面上形成微沟槽），体内条件）。我们证明了容易制造生物血管系统，高支化网络，螺旋血管，狭窄等的普遍存在的结构。内皮细胞（EC）通道表现出代表性的血管功能。作为概念的证明，建立了具有功能性血管网络的乳腺肿瘤组织。此外，已经提出并通过该过程构建了血管-肿瘤共培养概念，以研究肿瘤与血管之间的相互作用。所提出的策略还可以用于帮助设计广泛的生物医学应用的各种有意义的体外模型，从生理学和疾病研究到治疗评估。
更新日期：2020-01-04
中文翻译：
多尺度血管芯片的构建和肿瘤与血管相互作用的建模†
尽管在过去的几年中，血管结构的建设取得了长足的进步，但建立一个充满血液的水凝胶内部包含大血管和毛细血管的全血循环系统模型仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们提出了一种灵活而新颖的方法，通过结合高分辨率三维（3D）打印和两次交联策略来构建具有这种多尺度网络的基于水凝胶的微流体芯片。整个过程包括：（1）血管系统设计（从动脉和毛细血管到静脉），（2）模板印刷（超细纤维网络），（3）水凝胶材料浇铸（形成部分交联的水凝胶片），（4）模板剥落（在水凝胶片表面上形成微沟槽），体内条件）。我们证明了容易制造生物血管系统，高支化网络，螺旋血管，狭窄等的普遍存在的结构。内皮细胞（EC）通道表现出代表性的血管功能。作为概念的证明，建立了具有功能性血管网络的乳腺肿瘤组织。此外，已经提出并通过该过程构建了血管-肿瘤共培养概念，以研究肿瘤与血管之间的相互作用。所提出的策略还可以用于帮助设计广泛的生物医学应用的各种有意义的体外模型，从生理学和疾病研究到治疗评估。
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