Microfluidic systems for stem cell-based neural tissue engineering

Lab on a Chip

Volumn 16, Issue 14, 2016, Pages 2551-2571

  Karimi, Mahdi ^a   Bahrami, Sajad ^a,b   Mirshekari, Hamed ^a   Basri, Seyed Masoud Moosavi ^c,d   Nik, Amirala Bakhshian ^e   Aref, Amir R ^f,g   Akbari, Mohsen ^h,i   Hamblin, Michael R ^g,j,k  

^a IRAN UNIVERSITY OF MEDICAL SCIENCES   (Iran)

^b Nanomedicine Research Association (NRA)   (Iran)

^c SHARIF UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Iran)

^d SHAHID BEHESHTI UNIVERSITY   (Iran)

^e UNIVERSITY OF TEHRAN   (Iran)

^f DANA FARBER CANCER INSTITUTE   (United States)

^g HARVARD MEDICAL SCHOOL   (United States)

^h BRIGHAM AND WOMEN S HOSPITAL   (United States)

ⁱ UNIVERSITY OF VICTORIA   (Canada)

^j MASSACHUSETTS GENERAL HOSPITAL   (United States)

^k HARVARD MIT DIVISION OF HEALTH SCIENCES AND TECHNOLOGY   (United States)

more..

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOMATERIAL;

CELL DIFFERENTIATION; EMBRYONIC STEM CELL; HUMAN; INDUCED PLURIPOTENT STEM CELL; MECHANICS; MICROENVIRONMENT; MICROFLUIDICS; NANOFABRICATION; NERVOUS TISSUE; NEURAL STEM CELL; NONHUMAN; PHYSICAL CHEMISTRY; PLURIPOTENT STEM CELL; PRIORITY JOURNAL; REVIEW; STEM CELL CULTURE; TISSUE ENGINEERING; CELL CULTURE TECHNIQUE; CHEMISTRY; CYTOLOGY; DEVICES; NERVE CELL; PHYSIOLOGY; PROCEDURES; STEM CELL;

CELL CULTURE TECHNIQUES; EMBRYONIC STEM CELLS; HUMANS; MICROFLUIDICS; NEURAL STEM CELLS; NEURONS; STEM CELLS; TISSUE ENGINEERING;

EID: 84978174363     PISSN: 14730197     EISSN: 14730189     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c6lc00489j     Document Type: Review

References (154)

1. G. A. Saracino D. Cigognini D. Silva A. Caprini F. Gelain Chem. Soc. Rev. 2013 42 225 262
2. G. S. Mack Nat. Biotechnol. 2011 29 95 97
3. E. S. Place N. D. Evans M. M. Stevens Nat. Mater. 2009 8 457 470
4. B. V. Zlokovic Nat. Med. 2010 16 1370 1371
5. T. Dvir B. P. Timko D. S. Kohane R. Langer Nat. Nanotechnol. 2011 6 13 22
6. A. Béduer C. Vieu F. Arnauduc J.-C. Sol I. Loubinoux L. Vaysse Biomaterials 2012 33 504 514
7. Y.-C. Li L.-K. Tsai J.-H. Wang T.-H. Young Biomaterials 2014 35 1192 1204
8. S. Han K. Yang Y. Shin J. S. Lee R. D. Kamm S. Chung S.-W. Cho Lab Chip 2012 12 2305 2308
9. E. W. Young D. J. Beebe Chem. Soc. Rev. 2010 39 1036 1048
10. A. Tamayol A. H. Najafabadi B. Aliakbarian E. Arab-Tehrany M. Akbari N. Annabi D. Juncker A. Khademhosseini Adv. Healthcare Mater. 2015 4 2146 2153
11. M. Akbari, A. Tamayol, N. Annabi, D. Juncker and A. Khademhosseini, Chapter 1: Microtechnologies in the Fabrication of Fibers for Tissue Engineering, in Microfluidics for Medical Applications, 2014, pp. 1-18, 10.1039/9781849737593-00001
12. M. Akbari A. Tamayol V. Laforte N. Annabi A. H. Najafabadi A. Khademhosseini D. Juncker Adv. Funct. Mater. 2014 24 4060 4067
13. E. K. Sackmann A. L. Fulton D. J. Beebe Nature 2014 507 181 189
14. A. W. Martinez S. T. Phillips G. M. Whitesides E. Carrilho Anal. Chem. 2009 82 3 10
15. D. B. Weibel W. R. DiLuzio G. M. Whitesides Nat. Rev. Microbiol. 2007 5 209 218
16. Y. Shin S. Han J. S. Jeon K. Yamamoto I. K. Zervantonakis R. Sudo R. D. Kamm S. Chung Nat. Protoc. 2012 7 1247 1259
17. S. Ghorbanian M. A. Qasaimeh M. Akbari A. Tamayol D. Juncker Biomed. Microdevices 2014 16 387 395
18. B. Harink S. Le Gac R. Truckenmüller C. van Blitterswijk P. Habibovic Lab Chip 2013 13 3512 3528
19. J. W. Park B. Vahidi A. M. Taylor S. W. Rhee N. L. Jeon Nat. Protoc. 2006 1 2128 2136
20. J. W. Park H. J. Kim M. W. Kang N. L. Jeon Lab Chip 2013 13 509 521
21. Y. Huang J. C. Williams S. M. Johnson Lab Chip 2012 12 2103 2117
22. D. Pamies T. Hartung H. T. Hogberg Exp. Biol. Med. 2014 239 1096 1107
23. J. Park B. K. Lee G. S. Jeong J. K. Hyun C. J. Lee S.-H. Lee Lab Chip 2015 15 141 150
24. Y. Tang M. Bernaudin Methods Mol. Biol. 2007 399 153 166
25. B. C. Wheeler Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 2008 2008 1604 1606
26. A. Montgomery A. Wong N. Gabers S. M. Willerth Biomater. Sci. 2015 3 401 413
27. P. Bianco P. G. Robey Nature 2001 414 118 121
28. S. D. Schwartz J.-P. Hubschman G. Heilwell V. Franco-Cardenas C. K. Pan R. M. Ostrick E. Mickunas R. Gay I. Klimanskaya R. Lanza Lancet 2012 379 713 720
29. V. Tabar L. Studer Nat. Rev. Genet. 2014 15 82 92
30. J. A. Steinbeck S. J. Choi A. Mrejeru Y. Ganat K. Deisseroth D. Sulzer E. V. Mosharov L. Studer Nat. Biotechnol. 2015 33 2 204 209
31. K. I. Park Y. D. Teng E. Y. Snyder Nat. Biotechnol. 2002 20 1111 1117
32. M. Robinson, S.-Y. Yau, L. Sun, N. Gabers, E. Bibault, B. R. Christie and S. M. Willerth, Optimizing Differentiation Protocols for Producing Dopaminergic Neurons from Human Induced Pluripotent Stem Cells for Tissue Engineering Applications Biomarker Insights, 2015, Suppl. 1, pp. 61-70, 10.4137/BMI.S20064
33. M. P. Prabhakaran J. R. Venugopal S. Ramakrishna Biomaterials 2009 30 4996 5003
34. M. Georgiou J. P. Golding A. J. Loughlin P. J. Kingham J. B. Phillips Biomaterials 2015 37 242 251
35. F. M. Watt W. T. Huck Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2013 14 467 473
36. D. E. Discher D. J. Mooney P. W. Zandstra Science 2009 324 1673 1677
37. H. Iwai H. Shimada S. Nishimura Y. Kobayashi G. Itakura K. Hori K. Hikishima H. Ebise N. Negishi S. Shibata Stem Cells Transl. Med. 2015 4 7 708 719
38. Z. Kefalopoulou M. Politis P. Piccini N. Mencacci K. Bhatia M. Jahanshahi H. Widner S. Rehncrona P. Brundin A. Björklund JAMA Neurol 2014 71 83 87
39. M. Politis K. Wu C. Loane N. P. Quinn D. J. Brooks W. H. Oertel A. Björklund O. Lindvall P. Piccini Sci. Transl. Med. 2012 4 128ra141
40. G. R. Martin Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1981 78 7634 7638
41. J. Thomson Science 1998 282 1827 1827
42. S. H. Kassmer D. S. Krause Mol. Reprod. Dev. 2013 80 8 677 690
43. D. M. Choumerianou H. Dimitriou M. Kalmanti Tissue Eng., Part B 2008 14 53 60
44. D. A. Robinton G. Q. Daley Nature 2012 481 295 305
45. Y. Rais A. Zviran S. Geula O. Gafni E. Chomsky S. Viukov A. A. Mansour I. Caspi V. Krupalnik M. Zerbib Nature 2013 502 65 70
46. K. Oki J. Tatarishvili J. Wood P. Koch S. Wattananit Y. Mine E. Monni D. Tornero H. Ahlenius J. Ladewig Stem Cells 2012 30 1120 1133
47. D. Tornero S. Wattananit M. G. Madsen P. Koch J. Wood J. Tatarishvili Y. Mine R. Ge E. Monni K. Devaraju Brain 2013 136 Pt 12 3561 3577
48. T. Yamashita K. Abe Cell Transplant. 2014 23 435 439
49. B. A. Reynolds S. Weiss Science 1992 255 1707 1710
50. M. Stenudd H. Sabelström J. Frisén JAMA Neurol 2015 72 235 237
51. C. Göritz D. O. Dias N. Tomilin M. Barbacid O. Shupliakov J. Frisén Science 2011 333 238 242
52. J. W. Cave M. Wang H. Baker Front. Neurosci. 2014 8
53. A. Wang Z. Tang I.-H. Park Y. Zhu S. Patel G. Q. Daley S. Li Biomaterials 2011 32 5023 5032
54. A. Hilfiker C. Kasper R. Hass A. Haverich Langenbecks Arch. Surg. 2011 396 489 497
55. A. Higuchi C.-T. Wang Q.-D. Ling H. H.-C. Lee S. S. Kumar Y. Chang A. A. Alarfaj M. A. Munusamy S.-T. Hsu G.-J. Wu Sci. Rep. 2015 5 10217
56. H. Mizuno J. Nippon Med. Sch. 2009 76 56 66
57. Y.-C. Cheng C.-W. Tsao M.-Z. Chiang C.-A. Chung C.-C. Chien W.-W. Hu R.-C. Ruaan C. Li Microfluid. Nanofluid. 2015 18 587 598
58. E. L. Moreno S. Hachi K. Hemmer S. J. Trietsch A. S. Baumuratov T. Hankemeier P. Vulto J. C. Schwamborn R. M. Fleming Lab Chip 2015 15 2419 2428
59. P. Reinhardt M. Glatza K. Hemmer Y. Tsytsyura C. S. Thiel S. Höing S. Moritz J. A. Parga L. Wagner J. M. Bruder PLoS One 2013 8 e59252
60. S. M. Azarin S. P. Palecek Biochem. Eng. J. 2010 48 378 384
61. S. J. Morrison D. T. Scadden Nature 2014 505 327 334
62. E. H. Lo Nat. Med. 2008 14 497 500
63. E. Garcion A. Halilagic A. Faissner Development 2004 131 3423 3432
64. J. B. Aimone Y. Li S. W. Lee G. D. Clemenson W. Deng F. H. Gage Physiol. Rev. 2014 94 991 1026
65. J. J. Moon M. Matsumoto S. Patel L. Lee J. L. Guan S. Li J. Cell. Physiol. 2005 203 166 176
66. J. S. Park J. S. Chu A. D. Tsou R. Diop Z. Tang A. Wang S. Li Biomaterials 2011 32 3921 3930
67. C. Woodford P. W. Zandstra Curr. Opin. Biotechnol. 2012 23 810 819
68. K. Akita A. von Holst Y. Furukawa T. Mikami K. Sugahara A. Faissner Stem Cells 2008 26 798 809
69. S. Ramasamy F. Yu Y. Hong Yu H. Srivats G. Stewart Dawe S. Ahmed Stem Cells 2014 32 1636 1648
70. C. Regalado-Santiago E. Juárez-Aguilar J. D. Olivares-Hernández E. Tamariz Stem Cells Int. 2016 2016 1513285
71. G. Xu J. Shen Y. Ishii M. Fukuchi T. Dang Y. Zheng T. Hamashima T. Fujimori M. Tsuda K. Funa Neuroscience 2013 238 195 208
72. J. H. Kong L. Yang E. Dessaud K. Chuang D. M. Moore R. Rohatgi J. Briscoe B. G. Novitch Dev. Cell 2015 33 373 387
73. A. M. Bond O. G. Bhalala J. A. Kessler Dev. Neurobiol. 2012 72 1068 1084
74. C. S. Bjornsson M. Apostolopoulou Y. Tian S. Temple Dev. Cell 2015 32 435 446
75. A. Martínez-Canabal Int. J. Neurosci. 2015 125 1 9
76. P. Pathipati T. Gorba A. Scheepens V. Goffin Y. Sun M. Fraser Neuroscience 2011 190 409 427
77. L. D'Adamio Am. J. Pathol. 2010 177 2163 2165
78. V. Russo P. Gluckman E. Feldman G. Werther Endocr. Rev. 2005 26 916 943
79. S. Pasquin M. Sharma J.-F. Gauchat Cytokine Growth Factor Rev. 2015 26 507 515
80. N. A. Nicola J. J. Babon Cytokine Growth Factor Rev. 2015 26 533 544
81. E. Santos R. M. Hernández J. L. Pedraz G. Orive Trends Biotechnol. 2012 30 331 341
82. C.-G. Fan Q.-J. Zhang J.-R. Zhou Stem Cell Rev. Rep. 2011 7 195 207
83. B. Y. Chen X. Wang Z. Y. Wang Y. Z. Wang L. W. Chen Z. J. Luo J. Neurosci. Res. 2013 91 30 41
84. J. Watanabe M. Matsumoto H. Kageyama N. Murai S. Sasaki S. Hirako N. Wada S. Arata S. Shioda Peptides 2015 69 40 46
85. L. Mohamet M. L. Lea C. M. Ward PLoS One 2010 5 e12921
86. Y. Lei D. V. Schaffer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 E5039 E5048
87. P. R. Baraniak T. C. McDevitt Cell Tissue Res. 2012 347 701 711
88. M. Serra C. Brito C. Correia P. M. Alves Trends Biotechnol. 2012 30 350 359
89. P. Agarwal S. Zhao P. Bielecki W. Rao J. K. Choi Y. Zhao J. Yu W. Zhang X. He Lab Chip 2013 13 4525 4533
90. G. M. Whitesides Nature 2006 442 368 373
91. L. Jiang and N. S. Korivi, in Nanolithography, ed., M. Feldman, Woodhead Publishing, 2014, pp. 424-443
92. Z. Wang Z. Chen Z. Liu P. Shi K. Dong E. Ju J. Ren X. Qu Biomaterials 2014 35 9678 9688
93. B. Wang S. Jedlicka X. Cheng Maintenance and neuronal cell differentiation of neural stem cells C17.2 correlated to medium availability sets design criteria in microfluidic systems PLoS One 2014 9 10 e109815
94. V. van Duinen S. J. Trietsch J. Joore P. Vulto T. Hankemeier Curr. Opin. Biotechnol. 2015 35 118 126
95. J. M. Lee J. E. Kim J. Borana B. H. Chung B. G. Chung Electrophoresis 2013 34 1931 1938
96. N. Lee J. W. Park H. J. Kim J. H. Yeon J. Kwon J. J. Ko S.-H. Oh H. S. Kim A. Kim B. S. Han Mol. Cells 2014 37 497
97. H. Xu S. C. Heilshorn Small 2013 9 585 595
98. K. Gupta D.-H. Kim D. Ellison C. Smith A. Kundu J. Tuan K.-Y. Suh A. Levchenko Lab Chip 2010 10 2019 2031
99. S. Halldorsson E. Lucumi R. Gómez-Sjöberg R. M. Fleming Biosens. Bioelectron. 2015 63 218 231
100. J. El-Ali P. K. Sorger K. F. Jensen Nature 2006 442 403 411
101. E. M. Lucchetta J. H. Lee L. A. Fu N. H. Patel R. F. Ismagilov Nature 2005 434 1134 1138
102. N. V. Menon Y. J. Chuah S. Phey Y. Zhang Y. Wu V. Chan Y. Kang ACS Appl. Mater. Interfaces 2015 7 17095 17103
103. S. Allazetta M. P. Lutolf Curr. Opin. Biotechnol. 2015 35 86 93
104. E. Tumarkin L. Tzadu E. Csaszar M. Seo H. Zhang A. Lee R. Peerani K. Purpura P. W. Zandstra E. Kumacheva Integr. Biol. 2011 3 653 662
105. D. M. Headen G. Aubry H. Lu A. J. García Adv. Mater. 2014 26 3003 3008
106. C. Iliescu H. Taylor M. Avram J. Miao S. Franssila Biomicrofluidics 2012 6 016505
107. M. Mehling S. Tay Curr. Opin. Biotechnol. 2014 25 95 102
108. K. Yang H.-J. Park S. Han J. Lee E. Ko J. Kim J. S. Lee J. H. Yu K. Y. Song E. Cheong Biomaterials 2015 63 177 188
109. K. Yang S. Han Y. Shin E. Ko J. Kim K. I. Park S. Chung S.-W. Cho Biomaterials 2013 34 6607 6614
110. W. Kang J. P. Giraldo-Vela S. S. P. Nathamgari T. McGuire R. L. McNaughton J. A. Kessler H. D. Espinosa Lab Chip 2014 14 23 4486 4495
111. J. Choi S. Kim J. Jung Y. Lim K. Kang S. Park S. Kang Biomaterials 2011 32 7013 7022
112. Y. Lee J. M. Lee P. K. Bae I. Y. Chung B. H. Chung B. G. Chung Electrophoresis 2015 36 994 1001
113. S. Cosson M. Lutolf Sci. Rep. 2014 4 4462
114. J. Zhou D. A. Khodakov A. V. Ellis N. H. Voelcker Electrophoresis 2012 33 89 104
115. Y. Shin K. Yang S. Han H. J. Park Y. Seok Heo S. W. Cho S. Chung Adv. Healthcare Mater. 2014 3 1457 1464
116. H. S. Shin H. J. Kim S. K. Min S. H. Kim B. M. Lee N. L. Jeon Biotechnol. Lett. 2010 32 1063 1070
117. B. G. Chung L. A. Flanagan S. W. Rhee P. H. Schwartz A. P. Lee E. S. Monuki N. L. Jeon Lab Chip 2005 5 401 406
118. J. Melin S. R. Quake Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2007 36 213 231
119. V. V. Abhyankar M. A. Lokuta A. Huttenlocher D. J. Beebe Lab Chip 2006 6 389 393
120. J. Y. Park S. K. Kim D. H. Woo E. J. Lee J. H. Kim S. H. Lee Stem Cells 2009 27 2646 2654
121. J. R. Anderson D. T. Chiu H. Wu O. Schueller G. M. Whitesides Electrophoresis 2000 21 27 40
122. J. C. McDonald G. M. Whitesides Acc. Chem. Res. 2002 35 491 499
123. G. S. Jeong J. H. Song A. R. Kang Y. Jun J. H. Kim J. Y. Chang S. H. Lee Adv. Healthcare Mater. 2013 2 119 125
124. B. E. Kerman H. J. Kim K. Padmanabhan A. Mei S. Georges M. S. Joens J. A. Fitzpatrick R. Jappelli K. J. Chandross P. August Development 2015 142 12 2213 2225
125. A. Sandoz I. Charvet L. Stoppini Procedia Eng. 2013 59 46 50
126. C.-H. Lin Y.-H. Hsiao H.-C. Chang C.-F. Yeh C.-K. He E. M. Salm C. Chen M. Chiu C.-H. Hsu Lab Chip 2015 15 14 2928 2938
127. T. Keenan J. Grinager A. Procak C. Svendsen Integr. Biol. 2012 4 1522 1531
128. A. Shamloo M. Heibatollahi M. R. Mofrad Integr. Biol. 2015 7 335 344
129. M. Eiraku Y. Sasai Nat. Protoc. 2012 7 69 79
130. I. J. Fox G. Q. Daley S. A. Goldman J. Huard T. J. Kamp M. Trucco Science 2014 345 1247391
131. S. A. Goldman M. Nedergaard M. S. Windrem Science 2012 338 491 495
132. Y. Shi P. Kirwan F. J. Livesey Nat. Protoc. 2012 7 1836 1846
133. A. Taylor N. L. Jeon Crit. Rev. Biomed. Eng. 2011 39
134. J. Park H. Koito J. Li A. Han Biomed. Microdevices 2009 11 1145 1153
135. A. Yamada M. Vignes C. Bureau A. Mamane B. Venzac S. Descroix J.-L. Viovy C. Villard J.-M. Peyrin L. Malaquin Lab Chip 2016 16 11 2059 2068
136. J. W. Shim C. H. Park Y. C. Bae J. Y. Bae S. Chung M. Y. Chang H. C. Koh H. S. Lee S. J. Hwang K. H. Lee Stem Cells 2007 25 1252 1262
137. Y. Omatsu T. Sugiyama H. Kohara G. Kondoh N. Fujii K. Kohno T. Nagasawa Immunity 2010 33 387 399
138. G. J.-R. Delcroix P. C. Schiller J.-P. Benoit C. N. Montero-Menei Biomaterials 2010 31 2105 2120
139. S. H. Ma L. A. Lepak R. J. Hussain W. Shain M. L. Shuler Lab Chip 2005 5 74 85
140. L. Griep F. Wolbers B. De Wagenaar P. Ter Braak B. Weksler I. A. Romero P. Couraud I. Vermes A. Van Der Meer A. Van den Berg Biomed. Microdevices 2013 15 145 150
141. R. Booth H. Kim Lab Chip 2012 12 1784 1792
142. B. Prabhakarpandian M.-C. Shen J. B. Nichols I. R. Mills M. Sidoryk-Wegrzynowicz M. Aschner K. Pant Lab Chip 2013 13 1093 1101
143. K. A. Southam A. E. King C. A. Blizzard G. H. McCormack T. C. Dickson J. Neurosci. Methods 2013 218 164 169
144. S. Bang S. Na J. M. Jang J. Kim N. L. Jeon Adv. Healthcare Mater. 2016 5 1 159 166
145. Y. Berdichevsky K. J. Staley M. L. Yarmush Lab Chip 2010 10 999 1004
146. P. Shi S. Nedelec H. Wichterle L. C. Kam Lab Chip 2010 10 1005 1010
147. J. Park B. K. Lee G. S. Jeong J. K. Hyun C. J. Lee S. H. Lee Lab Chip 2015 15 141 150
148. M. Karimi P. Avci R. Mobasseri M. R. Hamblin H. Naderi-Manesh J. Nanopart. Res. 2013 15 1 14
149. M. Karimi P. Avci M. Ahi T. Gazori M. R. Hamblin H. Naderi-Manesh Journal of Nanopharmaceutics and Drug Delivery 2013 1 266 278
150. M. Karimi A. Ghasemi P. S. Zangabad R. Rahighi S. M. M. Basri H. Mirshekari M. Amiri Z. S. Pishabad A. Aslani M. Bozorgomid Chem. Soc. Rev. 2016 45 5 1457 1501
151. M. Karimi H. Mirshekari S. M. M. Basri S. Bahrami M. Moghoofei M. R. Hamblin Adv. Drug Delivery Rev. 2016
152. pii: S0169-409X(16)30079-5
153. M. Karimi S. Bahrami S. B. Ravari P. S. Zangabad H. Mirshekari M. Bozorgomid S. Shahreza M. Sori M. R. Hamblin Expert Opin. Drug Delivery 2016 1 15
154. J. Shi A. R. Votruba O. C. Farokhzad R. Langer Nano Lett. 2010 10 3223 3230