Three-dimensional models for studying development and disease: Moving on from organisms to organs-on-a-chip and organoids

Integrative Biology (United Kingdom)

Volumn 8, Issue 6, 2016, Pages 672-683

  Jackson, E L ^a   Lu, H ^a,b  

^a Georgia Institute of Technology   (United States)

^b GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOMATERIAL;

BIOLOGICAL MODEL; CELL CULTURE; CELL STRUCTURE; CYTOPLASM; DISEASE MODEL; DISEASES; GENOME ANALYSIS; HUMAN; HUMAN DEVELOPMENT; IMAGING; IN VIVO STUDY; LAB ON A CHIP; MICROFLUIDICS; NONHUMAN; ORGAN; ORGAN ON A CHIP SYSTEM; ORGAN SYSTEMS; ORGANISMS; PATHOPHYSIOLOGY; PHYSIOLOGICAL PROCESS; PRECLINICAL STUDY; PRIORITY JOURNAL; REVIEW; THREE DIMENSIONAL IMAGING; TISSUE ENGINEERING; TUMOR MICROENVIRONMENT; ANIMAL; BATCH CELL CULTURE; BIOARTIFICIAL ORGAN; BIOMEDICAL TECHNOLOGY ASSESSMENT; CYTOLOGY; DEVICES; GROWTH, DEVELOPMENT AND AGING; ORGAN CULTURE TECHNIQUE; ORGANOID; PROCEDURES; THREE DIMENSIONAL PRINTING;

ANIMALS; BATCH CELL CULTURE TECHNIQUES; BIOARTIFICIAL ORGANS; HUMANS; LAB-ON-A-CHIP DEVICES; ORGAN CULTURE TECHNIQUES; ORGANOIDS; PRINTING, THREE-DIMENSIONAL; TECHNOLOGY ASSESSMENT, BIOMEDICAL;

EID: 84974829667     PISSN: 17579694     EISSN: 17579708     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c6ib00039h     Document Type: Review

References (103)

1. M. Mallo D. M. Wellik J. Deschamps Dev. Biol. 2010 344 7 15
2. Z. Zhu D. Huangfu Development 2013 140 705 717
3. S. H. Elsea R. E. Lucas ILAR J. 2002 43 66 79
4. M. A. Lancaster M. Renner C.-A. Martin D. Wenzel L. S. Bicknell M. E. Hurles T. Homfray J. M. Penninger A. P. Jackson J. A. Knoblich Nature 2013 501 373 379
5. S. J. Webster A. D. Bachstetter P. T. Nelson F. A. Schmitt L. J. Van Eldik Front. Genet. 2014 5 88
6. J. Mariani G. Coppola P. Zhang A. Abyzov L. Provini L. Tomasini M. Amenduni A. Szekely D. Palejev M. Wilson M. Gerstein E. L. Grigorenko K. Chawarska K. A. Pelphrey J. R. Howe F. M. Vaccarino Cell 2015 162 375 390
7. D. W. Hutmacher B. M. Holzapfel E. M. De-Juan-Pardo B. A. Pereira S. J. Ellem D. Loessner G. P. Risbridger Curr. Opin. Biotechnol. 2015 35 127 132
8. Y. Sasai Cell Stem Cell 2013 12 520 530
9. G. M. Whitesides E. Ostuni S. Takayama X. Jiang D. E. Ingber Annu. Rev. Biomed. Eng. 2001 3 335 373
10. G. M. Whitesides Nature 2006 442 368 373
11. J. El-Ali P. K. Sorger K. F. Jensen Nature 2006 442 403 411
12. S. K. Sia G. M. Whitesides Electrophoresis 2003 24 3563 3576
13. R. S. Kane S. Takayama E. Ostuni D. E. Ingber G. M. Whitesides Biomaterials 1999 20 2363 2376
14. R. Singhvi A. Kumar G. Lopez G. Stephanopoulos D. Wang G. Whitesides D. Ingber Science 1994 264 696 698
15. C. S. Chen M. Mrksich S. Huang G. M. Whitesides D. E. Ingber Science 1997 276 1425 1428
16. M. Mrksich L. E. Dike J. Tien D. E. Ingber G. M. Whitesides Exp. Cell Res. 1997 235 305 313
17. K. Chung C. A. Rivet M. L. Kemp H. Lu Anal. Chem. 2011 83 7044 7052
18. N.-D. Dinh Y.-Y. Chiang H. Hardelauf J. Baumann E. Jackson S. Waide J. Sisnaiske J.-P. Frimat C. v. Thriel D. Janasek J.-M. Peyrin J. West Lab Chip 2013 13 1402 1412
19. Y. S. Torisawa B. Mosadegh G. D. Luker M. Morell K. S. O'Shea S. Takayama Integr. Biol. 2009 1 649 654
20. P. J. Hung P. J. Lee P. Sabounchi N. Aghdam R. Lin L. P. Lee Lab Chip 2005 5 44 48
21. D. M. Titmarsh J. E. Hudson A. Hidalgo A. G. Elefanty E. G. Stanley E. J. Wolvetang J. J. Cooper-White PLoS One 2012 7 e52405
22. V. Lecault M. Vaninsberghe S. Sekulovic D. J. Knapp S. Wohrer W. Bowden F. Viel T. McLaughlin A. Jarandehei M. Miller D. Falconnet A. K. White D. G. Kent M. R. Copley F. Taghipour C. J. Eaves R. K. Humphries J. M. Piret C. L. Hansen Nat. Methods 2011 8 581 586
23. P. J. Lee P. J. Hung L. P. Lee Biotechnol. Bioeng. 2007 97 1340 1346
24. Y. C. Toh T. C. Lim D. Tai G. Xiao D. van Noort H. Yu Lab Chip 2009 9 2026 2035
25. Y. Nakao H. Kimura Y. Sakai T. Fujii Biomicrofluidics 2011 5 022212
26. S. Kim H. Lee M. Chung N. L. Jeon Lab Chip 2013 13 1489 1500
27. E. Cimetta E. Figallo C. Cannizzaro N. Elvassore G. Vunjak-Novakovic Methods 2009 47 81 89
28. O. Frey P. M. Misun D. A. Fluri J. G. Hengstler A. Hierlemann Nat. Commun. 2014 5 4250
29. K. Chung Y. Kim J. S. Kanodia E. Gong S. Y. Shvartsman H. Lu Nat. Methods 2011 8 171 176
30. T. J. Levario C. Zhao T. Rouse S. Y. Shvartsman H. Lu Sci. Rep. 2016 6 21366
31. K. Chung M. Zhan J. Srinivasan P. W. Sternberg E. Gong F. C. Schroeder H. Lu Lab Chip 2011 11 3689 3697
32. E. J. Vrij S. Espinoza M. Heilig A. Kolew M. Schneider C. A. van Blitterswijk R. K. Truckenmuller N. C. Rivron Lab Chip 2016 16 734 742
33. W. T. Fung A. Beyzavi P. Abgrall N. T. Nguyen H. Y. Li Lab Chip 2009 9 2591 2595
34. M. Khoury A. Bransky N. Korin L. C. Konak G. Enikolopov I. Tzchori S. Levenberg Biomed. Microdevices 2010 12 1001 1008
35. W. P. Daley S. B. Peters M. Larsen J. Cell Sci. 2008 121 255 264
36. T. Ahsan R. M. Nerem Tissue Eng., Part A 2010 16 3547 3553
37. M. Mitsumata R. S. Fishel R. M. Nerem R. W. Alexander B. C. Berk Am. J. Physiol.: Heart Circ. Physiol. 1993 265 H3 H8
38. R. M. Nerem J. Biomech. Eng. 1992 114 274 282
39. L. Kim M. D. Vahey H.-Y. Lee J. Voldman Lab Chip 2006 6 394 406
40. L. M. Przybyla J. Voldman Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 835 840
41. D. Ellison A. Munden A. Levchenko Mol. BioSyst. 2009 5 1004 1012
42. T. M. Keenan A. Folch Lab Chip 2008 8 34 57
43. N. L. Jeon S. K. W. Dertinger D. T. Chiu I. S. Choi A. D. Stroock G. M. Whitesides Langmuir 2000 16 8311 8316
44. L. He A. Kniss A. San-Miguel T. Rouse M. L. Kemp H. Lu Lab Chip 2015 15 1497 1507
45. L. Chingozha M. Zhan C. Zhu H. Lu Anal. Chem. 2014 86 10138 10147
46. S. C. Hur H. T. Tse D. Di Carlo Lab Chip 2010 10 274 280
47. M. M. Crane J. N. Stirman C.-Y. Ou P. T. Kurshan J. M. Rehg K. Shen H. Lu Nat. Methods 2012 9 977 980
48. M. Guvendiren J. A. Burdick Curr. Opin. Biotechnol. 2013 24 841 846
49. M. P. Lutolf J. A. Hubbell Nat. Biotechnol. 2005 23 47 55
50. Y. Li J. Rodrigues H. Tomas Chem. Soc. Rev. 2012 41 2193 2221
51. C. Cha S. Y. Kim L. Cao H. Kong Biomaterials 2010 31 4864 4871
52. D. L. Hern J. A. Hubbell J. Biomed. Mater. Res. 1998 39 266 276
53. A. M. Kloxin A. M. Kasko C. N. Salinas K. S. Anseth Science 2009 324 59 63
54. M. P. Lutolf J. L. Lauer-Fields H. G. Schmoekel A. T. Metters F. E. Weber G. B. Fields J. A. Hubbell Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003 100 5413 5418
55. G. A. Hudalla W. L. Murphy Adv. Funct. Mater. 2011 21 1754 1768
56. K. Lee E. A. Silva D. J. Mooney J. R. Soc., Interface 2011 8 153 170
57. A. M. Bratt-Leal A. H. Nguyen K. A. Hammersmith A. Singh T. C. McDevitt Biomaterials 2013 34 7227 7235
58. M. H. Hettiaratchi T. Miller J. S. Temenoff R. E. Guldberg T. C. McDevitt Biomaterials 2014 35 7228 7238
59. A. H. Nguyen J. McKinney T. Miller T. Bongiorno T. C. McDevitt Acta Biomater. 2015 13 101 110
60. J. K. Joung J. D. Sander Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2013 14 49 55
61. F. D. Urnov E. J. Rebar M. C. Holmes H. S. Zhang P. D. Gregory Nat. Rev. Genet. 2010 11 636 646
62. M. Jinek K. Chylinski I. Fonfara M. Hauer J. A. Doudna E. Charpentier Science 2012 337 816 821
63. L. Cong F. A. Ran D. Cox S. L. Lin R. Barretto N. Habib P. D. Hsu X. B. Wu W. Y. Jiang L. A. Marraffini F. Zhang Science 2013 339 819 823
64. M. Matano S. Date M. Shimokawa A. Takano M. Fujii Y. Ohta T. Watanabe T. Kanai T. Sato Nat. Med. 2015 21 256 262
65. H. Hama H. Kurokawa H. Kawano R. Ando T. Shimogori H. Noda K. Fukami A. Sakaue-Sawano A. Miyawaki Nat. Neurosci. 2011 14 1481 1488
66. A. Erturk K. Becker N. Jahrling C. P. Mauch C. D. Hojer J. G. Egen F. Hellal F. Bradke M. Sheng H. U. Dodt Nat. Protoc. 2012 7 1983 1995
67. K. Chung J. Wallace S. Y. Kim S. Kalyanasundaram A. S. Andalman T. J. Davidson J. J. Mirzabekov K. A. Zalocusky J. Mattis A. K. Denisin S. Pak H. Bernstein C. Ramakrishnan L. Grosenick V. Gradinaru K. Deisseroth Nature 2013 497 332 337
68. E. A. Susaki K. Tainaka D. Perrin F. Kishino T. Tawara T. M. Watanabe C. Yokoyama H. Onoe M. Eguchi S. Yamaguchi T. Abe H. Kiyonari Y. Shimizu A. Miyawaki H. Yokota H. R. Ueda Cell 2014 157 726 739
69. R. Tomer L. Ye B. Hsueh K. Deisseroth Nat. Protoc. 2014 9 1682 1697
70. B. Yang J. B. Treweek R. P. Kulkarni B. E. Deverman C. K. Chen E. Lubeck S. Shah L. Cai V. Gradinaru Cell 2014 158 945 958
71. C. Woodford P. W. Zandstra Curr. Opin. Biotechnol. 2012 23 810 819
72. M. A. Lancaster J. A. Knoblich Science 2014 345 1247125
73. J. Itskovitz-Eldor M. Schuldiner D. Karsenti A. Eden O. Yanuka M. Amit H. Soreq N. Benvenisty Mol. Med. 2000 6 88 95
74. M. Eiraku N. Takata H. Ishibashi M. Kawada E. Sakakura S. Okuda K. Sekiguchi T. Adachi Y. Sasai Nature 2011 472 51 56
75. T. Sato R. G. Vries H. J. Snippert M. van de Wetering N. Barker D. E. Stange J. H. van Es A. Abo P. Kujala P. J. Peters H. Clevers Nature 2009 459 262 265
76. J. R. Spence C. N. Mayhew S. A. Rankin M. Kuhar J. E. Vallance K. Tolle E. E. Hoskins V. V. Kalinichenko S. I. Wells A. M. Zorn N. F. Shroyer J. M. Wells Nature 2011 470 105 109
77. M. Takasato P. X. Er M. Becroft J. M. Vanslambrouck E. G. Stanley A. G. Elefanty M. H. Little Nat. Cell Biol. 2014 16 118 126
78. T. Takebe K. Sekine M. Enomura H. Koike M. Kimura T. Ogaeri R.-R. Zhang Y. Ueno Y.-W. Zheng N. Koike S. Aoyama Y. Adachi H. Taniguchi Nature 2013 499 481 484
79. H. Suga T. Kadoshima M. Minaguchi M. Ohgushi M. Soen T. Nakano N. Takata T. Wataya K. Muguruma H. Miyoshi S. Yonemura Y. Oiso Y. Sasai Nature 2011 480 57 62
80. S. F. Boj C.-I. Hwang L. A. Baker I. I. C. Chio D. D. Engle V. Corbo M. Jager M. Ponz-Sarvise H. Tiriac M. S. Spector A. Gracanin T. Oni K. H. Yu R. van Boxtel M. Huch K. D. Rivera J. P. Wilson M. E. Feigin D. Öhlund A. Handly-Santana C. M. Ardito-Abraham M. Ludwig E. Elyada B. Alagesan G. Biffi G. N. Yordanov B. Delcuze B. Creighton K. Wright Y. Park F. H. M. Morsink I. Q. Molenaar I. H. Borel Rinkes E. Cuppen Y. Hao Y. Jin I. J. Nijman C. Iacobuzio-Donahue S. D. Leach D. J. Pappin M. Hammell D. S. Klimstra O. Basturk R. H. Hruban G. J. Offerhaus R. G. J. Vries H. Clevers D. A. Tuveson Cell 2015 160 324 338
81. S. R. Finkbeiner X. L. Zeng B. Utama R. L. Atmar N. F. Shroyer M. K. Estes mBio 2012 3 e00159 00112
82. K. W. McCracken E. M. Cata C. M. Crawford K. L. Sinagoga M. Schumacher B. E. Rockich Y.-H. Tsai C. N. Mayhew J. R. Spence Y. Zavros J. M. Wells Nature 2014 516 400 404
83. D. Gao I. Vela A. Sboner P. J. Iaquinta W. R. Karthaus A. Gopalan C. Dowling J. N. Wanjala E. A. Undvall V. K. Arora J. Wongvipat M. Kossai S. Ramazanoglu L. P. Barboza W. Di Z. Cao Q. F. Zhang I. Sirota L. Ran T. Y. MacDonald H. Beltran J.-M. Mosquera K. A. Touijer P. T. Scardino V. P. Laudone K. R. Curtis D. E. Rathkopf M. J. Morris D. C. Danila S. F. Slovin S. B. Solomon J. A. Eastham P. Chi B. Carver M. A. Rubin H. I. Scher H. Clevers C. L. Sawyers Y. Chen Cell 2014 159 176 187
84. J. F. Dekkers C. L. Wiegerinck H. R. de Jonge I. Bronsveld H. M. Janssens K. M. de Winter-de Groot A. M. Brandsma N. W. M. de Jong M. J. C. Bijvelds B. J. Scholte E. E. S. Nieuwenhuis S. van den Brink H. Clevers C. K. van der Ent S. Middendorp J. M. Beekman Nat. Med. 2013 19 939 945
85. T. Sato H. Clevers Science 2013 340 1190 1194
86. G. Schwank B.-K. Koo V. Sasselli J. F. Dekkers I. Heo T. Demircan N. Sasaki S. Boymans E. Cuppen C. K. van der Ent E. E. S. Nieuwenhuis J. M. Beekman H. Clevers Cell Stem Cell 2013 13 653 658
87. J. S. Miller K. R. Stevens M. T. Yang B. M. Baker D.-H. T. Nguyen D. M. Cohen E. Toro A. A. Chen P. A. Galie X. Yu R. Chaturvedi S. N. Bhatia C. S. Chen Nat. Mater. 2012 11 768 774
88. J. S. Jeon S. Bersini M. Gilardi G. Dubini J. L. Charest M. Moretti R. D. Kamm Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015 112 214 219
89. V. Vickerman J. Blundo S. Chung R. D. Kamm Lab Chip 2008 8 1468 1477
90. H. J. Kim D. Huh G. Hamilton D. E. Ingber Lab Chip 2012 12 2165 2174
91. D. Huh H. Fujioka Y. C. Tung N. Futai R. Paine, 3rd J. B. Grotberg S. Takayama Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 18886 18891
92. K.-J. Jang K.-Y. Suh Lab Chip 2010 10 36 42
93. K.-J. Jang H. S. Cho D. H. Kang W. G. Bae T.-H. Kwon K.-Y. Suh Integr. Biol. 2011 3 134 141
94. D. Huh B. D. Matthews A. Mammoto M. Montoya-Zavala H. Y. Hsin D. E. Ingber Science 2010 328 1662 1668
95. H. J. Kim H. Li J. J. Collins D. E. Ingber Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2016 113 E7 E15
96. N. J. Douville P. Zamankhan Y. C. Tung R. Li B. L. Vaughan C. F. Tai J. White P. J. Christensen J. B. Grotberg S. Takayama Lab Chip 2011 11 609 619
97. A. Grosberg P. W. Alford M. L. McCain K. K. Parker Lab Chip 2011 11 4165 4173
98. A. Grosberg A. P. Nesmith J. A. Goss M. D. Brigham M. L. McCain K. K. Parker J. Pharmacol. Toxicol. Methods 2012 65 126 135
99. J. W. Song L. L. Munn Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011 108 15342 15347
100. Y.-s. Torisawa C. S. Spina T. Mammoto A. Mammoto J. C. Weaver T. Tat J. J. Collins D. E. Ingber Nat. Methods 2014 11 663 669
101. M. B. Esch T. L. King M. L. Shuler Annu. Rev. Biomed. Eng. 2011 13 55 72
102. K. Viravaidya A. Sin M. L. Shuler Biotechnol. Prog. 2004 20 316 323
103. Y. Imura K. Sato E. Yoshimura Anal. Chem. 2010 82 9983 9988