血行動態条件下での内皮および血管平滑筋細胞間のシグナル伝達を研究するための生体模倣マイクロ流体モデル

細胞シグナル伝達とメカニズムは血管の病態生理学に影響を与え、血行動態条件下で血管細胞間のシグナル伝達の検査を可能にするin vitroモデルシステムの需要が増加しています。現在の3D血管壁コンストラクトは、天然組織の機械的条件を再現せず、関連する血行動態条件下での細胞間相互作用の検査を許可しません。ここでは、細胞の組織、組成、相互作用、および動脈壁の機械的環境が模倣されている動脈内皮および平滑筋細胞の3Dマイクロ流体チップモデルについて説明します。血行動態のEC-VSMCシグナルとチップは、2つの平行ポリジメチルシロキサン（PDMS）細胞培養チャネルで構成され、柔軟な多孔質PDMS膜で分離され、内部弾性層の多孔性を模倣しています。血行動態のEC-VSMCシグナルとチップの誘惑により、ヒト大動脈内皮細胞（ECS）とヒト大動脈血管平滑筋細胞（VSMC）の共培養を可能にし、多孔質膜で分離し、EC-VSMCの相互作用とシグナル伝達を可能にします。、容器壁の発達と恒常性に不可欠です。このデバイスにより、リアルタイムセルのイメージングと血行動態条件の制御が可能になります。培養チャネルは、環状吸引を適用することにより周期的なひずみを誘導するために、真空チャネルによって両側に囲まれており、細胞培養チャネルの膜の機械的ストレッチと弛緩をもたらします。EC側に培地の流れを作成することにより、血流が模倣されます。血管細胞は、長期にわたる培養中に生理学的形態と組織を示し、細胞間接触中に生存可能なままです。1〜1.5 Paのせん断応力と5〜8％のひずみを持つデバイスの動的培養中、VSMCは、流れの方向に与えられたひずみに垂直に整列し、ECは石畳の形態を採用します。私たちの知る限り、これはマイクロ流体デバイスの開発に関する最初のレポートであり、血行動態条件下で相互作用するECSとVSMCの共同培養を可能にし、内膜血管の生物学的および機械的成分を体系的に研究するための新しいアプローチを提示しますユニット。

Cell signalling and mechanics influence vascular pathophysiology and there is an increasing demand for in vitro model systems that enable examination of signalling between vascular cells under hemodynamic conditions. Current 3D vessel wall constructs do not recapitulate the mechanical conditions of the native tissue nor do they allow examination of cell-cell interactions under relevant hemodynamic conditions. Here, we describe a 3D microfluidic chip model of arterial endothelial and smooth muscle cells where cellular organization, composition and interactions, as well as the mechanical environment of the arterial wall are mimicked. The hemodynamic EC-VSMC-signalling-on-a-chip consists of two parallel polydimethylsiloxane (PDMS) cell culture channels, separated by a flexible, porous PDMS membrane, mimicking the porosity of the internal elastic lamina. The hemodynamic EC-VSMC-signalling-on-a-chip allows co-culturing of human aortic endothelial cells (ECs) and human aortic vascular smooth muscle cells (VSMCs), separated by a porous membrane, which enables EC-VSMC interaction and signalling, crucial for the development and homeostasis of the vessel wall. The device allows real time cell imaging and control of hemodynamic conditions. The culture channels are surrounded on either side by vacuum channels to induce cyclic strain by applying cyclic suction, resulting in mechanical stretching and relaxation of the membrane in the cell culture channels. The blood flow is mimicked by creating a flow of medium at the EC side. Vascular cells remain viable during prolonged culturing, exhibit physiological morphology and organization and make cell-cell contact. During dynamic culturing of the device with a shear stress of 1-1.5 Pa and strain of 5-8%, VSMCs align perpendicular to the given strain in the direction of the flow and EC adopt a cobblestone morphology. To our knowledge, this is the first report on the development of a microfluidic device, which enables a co-culture of interacting ECs and VSMCs under hemodynamic conditions and presents a novel approach to systematically study the biological and mechanical components of the intimal-medial vascular unit.