MARC

 008240612s2021      us  |||||||||||||||c||eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI28496673
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a610
■1001  ▼aAghayeemeibody,  Seyyed  Alireza.
■24510▼aAdvanced  Biomanufacturing  of  Neural  Organoids  from  Human  Pluripotent  Stem  Cells▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bThe  University  of  Wisconsin  -  Madison.  ▼c2021
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2021
■300    ▼a1  online  resource(89  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  84-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Ashton,  Randolph  S.  .
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--The  University  of  Wisconsin  -  Madison,  2021.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aOrganoids  derived  from  human  pluripotent  stem  cells  (hPSCs)  have  become  widely  explored  in  vitro  for  tissue  modeling  and  developmental  studies.  Neurally  differentiating  hPSCs  possess  the  ability  to  result  in  formation  of  polarized  areas  of  neural  stem  cells  (NSCs),  known  as  neural  rosettes,  which  resemble  cross-sectional  slices  of  the  embryonic  neural  tube  and  develop  into  neural  organoids.  Current  neural  organoid  derivation  protocols  mainly  rely  on  spontaneous  selforganization  of  cell  aggregates  that  occurs  within  3D  spheroids  and  provide  minimal  control  throughout  their  formation.  This  yields  neural  organoids  containing  microscale  biomimetic  cytoarchitectures.  However,  at  the  macroscale  and  as  a  whole  tissue,  these  organoids  commonly  develop  abnormal  morphologies  and  lack  a  consistent  cellular  composition.  The  current  lack  of  control  over  in  vitro  organoid  morphogenesis  at  the  micro-  to  macroscale  is  a  major  factor  that  limits  reproducibly  of  anatomically  correct  tissues  and  their  ability  to  serve  as  optimal  in  vitro  models.  Overall,  this  prevents  researchers  from  using  organoid  technology  at  its  maximum  potential.Here,  we  have  developed  a  platform  and  methodology  for  engineering  arrays  of  microscale  neural  tissues  with  biomimetic  neural  tube  morphology  and  the  ability  to  further  expand  into  neural  organoids  from  different  regions  of  brain  and  spinal  cord.  Frist,  we  use  soft  lithography  and  robotic  microcontact  patterning  (R-μCP)  to  manufacture  substrates  that  are  sequentially  micropatterned  with  polymer  brushes  and  further  functionalized  with  various  chemistries  and  peptides.  We  determined  that  R-µCP  can  be  deployed  to  manufacture  biocompatible  substrates  with  consistent  surface  uniformity,  sequential  patterning  precision  of  ±15-20  µm,  and  can  enable  spatiotemporal  control  over  neural  organoid  morphology.Next,  we  describe  a  protocol  to  bioengineer  hPSC-derived  NSC  tissues  with  controlled  induction  of  a  biomimetic  singular  rosette  cytoarchitecture.  Control  of  the  NSC  aggregates  morphology  is  provided  using  R-μCP  substrates.  Variables  such  as  biochemical  factors  (e.g.,  growth  factors,  signaling  inhibition  molecules)  as  well  as  biophysical  parameters  (e.g.,  geometry,  hPSCs  surface  density)  were  found  to  be  critical  for  singular  rosette  induction.  The  resulting  arrays  of  singular  rosette  tissues  model  the  cytoarchitecture  of  a  transverse  slice  of  the  embryonic  neural  tube.  The  Ashton  lab  previously  found  that  circular  patterns  of  250  μm  diameter  could  generate  forebrain  neuroepithelial  tissues  with  cytoarchitectures  that  are  biomimetic  to  in  vivo  neural  tube  slices  as  characterized  by  the  single  polarized  expression  of  N-Cadherin  and  early  neural  progenitor  marker  Pax6.  To  our  knowledge,  this  is  the  closest  demonstration  of  a  neural  tube  mimetic  in  vitro,  and  it  can  be  the  first  step  into  standardizing  the  formation  of  neural  organoids.Finally,  this  platform  was  used  to  radially  expand  arrays  of  spatially  isolated,  singular  forebrain  neural  rosettes  on  R-μCP  culture  substrates.  R-μCP  substrates  were  modified  in  situ  to  induce  radial  outgrowth  of  the  rosettes  to  produce  large  neural  tissue  slices.  Here,  we  investigate  how  temporal  changes  in  substrate  biochemistry  can  be  used  to  control  maintenance  and  proliferation  of  neural  rosettes  during  their  radial  outgrowth  phase  to  eventually  generate  cell  phenotypes  and  morphologies  characteristic  of  human  neural  tissues.  We  synthesized  and  immobilized  a  variety  of  potential  cell  binding  molecules  on  R-μCP  substrates  to  determine  which  combination  are  optimal  for  recapitulating  neural  tissues  expansion  and  generating  uniform  neural  organoids.  We  found  that  a  clickable  RGD  peptide  sequence  can  be  used  at  different  concentrations  to  modify  the  R-μCP  substrates  in  situ  and  provide  tissue  expansion  within  contained  outgrowth  areas.The  long-term  goal  is  to  eventually  use  this  platform  to  biomanufacture  developmentally  relevant  neural  organoids  as  tissue  slices  from  different  regions  of  central  nervous  system.  Interfacing  this platform  with  induced  pluripotent  stem  cells  (iPSCs)  and  techniques  for  hPSC  gene-editing  and  patient-specific  cellular  reprogramming  could  allow  for  advanced  study  of  neurodegenerative  disease  mechanisms  and  open  the  door  for  potentially  novel  high  throughput  drug  and  toxin  screening  methods.  Ultimately,  the  work  presented  here  will  lay  the  foundation  for  facilitating  a  greater  understanding  of  neurogenesis  and  future  neurodegenerative  disease  prevention  and  treatment.
■590    ▼aSchool  code:  0262.
■650  4▼aBioengineering.
■650  4▼aBiomedical  engineering.
■650  4▼aCellular  biology.
■653    ▼aAdvanced  biomanufacturing
■653    ▼aStem  cells
■653    ▼aNeural  organoids
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■653    ▼aCell  binding
■690    ▼a0202
■690    ▼a0541
■690    ▼a0379
■71020▼aThe  University  of  Wisconsin  -  Madison▼bMaterials  Science.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g84-12B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0262
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2021
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16930945▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024

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