Development of a 3D Bioprinted Airway Smooth Muscle Model for Manipulating Structure and Measuring Contraction
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT The contractile function of airway smooth muscle (ASM) is inextricably linked to its mechanical properties and interaction with the surrounding mechanical environment. As tissue engineering approaches become more commonplace for studying lung biology, the inability to replicate realistic mechanical contexts for ASM will increasingly become a barrier to a fulsome understanding of lung health and disease. To address this knowledge gap, we describe the use of 3D bioprinting technology to generate a novel experimental model of ASM with a wide scope for modulating tissue mechanics. Using a stiffness modifiable alginate-collagen-fibrinogen bioink, we demonstrate that modulating the stiffness of free-floating ASM ‘bare rings’ is unfeasible; bioink conditions favorable for muscle formation produce structures that rapidly collapse. However, the creation of novel ‘sandwich’ and ‘spiderweb’ designs that encapsulate the ASM bundle within stiff acellular load bearing frames successfully created variable elastic loads opposing tissue collapse and contraction. Sandwich and spiderweb constructs demonstrated realistic actin filament organisation, generated significant baseline tone, and responded appropriately to acetylcholine, potassium chloride and cytochalasin D. Importantly, the two designs feasibly simulate different mechanical contexts within the lung. Specifically, the sandwich was relatively compliant and subject to plastic deformation under high contractile loads, whereas the stiffer spiderweb was more robust and only deformed minimally after repeated maximal contractions. Thus, our model represents a new paradigm for studying ASM contractile function in a realistic mechanical context. Moreover, it holds significant capacity to study the effects of ECM composition, multiple cell types and fibrosis on lung health and disease. GRANTS Natural Sciences and Engineering Research Council, Discovery Grant (Adrian West) Research Manitoba, New Investigator Operating Grant (Adrian West) Children’s Hospital Research Institute of Manitoba, Operating Grant (Adrian West) Canadian Foundation for Innovation, John R. Evans Leaders Fund (Adrian West) University of Manitoba, Manitoba Graduate Scholarship (Jeffery Osagie) Research Manitoba, Master’s Studentship Award (Jeffery Osagie) Research Manitoba, Master’s Studentship Award (Sanjana Syeda) Children’s Hospital Research Institute of Manitoba, Summer Studentship (Michelle Guimond) University of Manitoba, Jack Prior Memorial Undergraduate Student Research Award (Lumiere Parrenas) University of Manitoba, Undergraduate Research Award (Ahsen Haroon) University of Manitoba, UMSU Undergraduate Research Award (Philip Imasuen) The grant bodies had no role in study design, data collection and analysis, decision to publish, or preparation of the manuscript.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».