Organoids are biological systems grown in vitro and are observed to self-organize into 3D cellular tissues of specific organs. Brain organoids have emerged as valuable models for the study of human brain development in health and disease. Researchers are now in need of improved culturing and imaging tools to capture the in vitro dynamics of development processes in the brain. Here, we describe the design of a microfluidic chip and bioreactor, to enable in situ tracking and imaging of brain organoids on-chip. The low-cost 3D printed microfluidic bioreactor supports organoid growth and provides an optimal imaging chamber for live-organoid imaging, with drug delivery support. This fully isolated design of a live-cell imaging and culturing platform enables long-term live-imaging of the intact live brain organoids as it grows. We can thus analyze their self-organization in a controlled environment with high temporal and spatial resolution.
REFERENCES
1.
N.
Nagoshi
, O.
Tsuji
, M.
Nakamura
, and H.
Okano
, Regener. Ther.
11
, 75
(2019
). 2.
X.
Hu
, X.
Zhou
, Y.
Li
, W.
Tang
, and Q.
Chen
, Int. J. Dev. Neurosci.
76
, 80
(2019
). 3.
S.
Mostafa
, R.
Jafarzadeh-esfehani
, S.
Mahdi
, S.
Mohammad
, R.
Parizadeh
, S.
Vojdani
, and M.
Ghandehari
, Int. J. Biochem. Cell Biol.
110
, 75
(2019
). 4.
D.
Ma
, K.
Xu
, G.
Zhang
, Y.
Liu
, J.
Gao
, M.
Tian
, C.
Wei
, J.
Li
, and L.
Zhang
, Int. Immunopharmacol.
74
, 105687
(2019
). 5.
L.
Zhang
and J.
Zhang
, Life Sci.
246
, 117405
(2020
). 6.
A. A.
Stock
, V.
Manzoli
, T. D.
Toni
, M. M.
Abreu
, Y.
Poh
, L.
Ye
, A.
Roose
, F. W.
Pagliuca
, C.
Thanos
, C.
Ricordi
, and A. A.
Tomei
, Stem Cell Rep.
14
, 91
(2020
). 7.
J. B.
Sneddon
, Q.
Tang
, P.
Stock
, J. A.
Bluestone
, S.
Roy
, and T.
Desai
, Cell Press
22
, 810
(2018
). 8.
X.
Xia
, J.
He
, and R.
Aji
, Cancer Lett.
457
, 20
(2019
). 9.
N. H. A.
Chahine
, T. W.
Wehbe
, R. A.
Hilal
, V. V.
Zoghbi
, A. E.
Melki
, and E. B. B.
Habib
, Int. J. Stem Cells
9
, 90
(2016
). 10.
H. V.
Wilson
, Science
25
, 912
(1907
). 11.
A.
Taguchi
, Y.
Kaku
, T.
Ohmori
, S.
Sharmin
, M.
Ogawa
, H.
Sasaki
, and R.
Nishinakamura
, Cell Stem Cell
14
, 53
(2014
). 12.
Y.
Xia
, E.
Nivet
, I.
Sancho-Martinez
, T.
Gallegos
, K.
Suzuki
, D.
Okamura
, M. Z.
Wu
, I.
Dubova
, C. R.
Esteban
, N.
Montserrat
, J. M.
Campistol
, and J. C.
Izpisua Belmonte
, Nat. Cell Biol.
15
, 1507
(2013
). 13.
H.
Wu
, K.
Uchimura
, E. L.
Donnelly
, Y.
Kirita
, S. A.
Morris
, and B. D.
Humphreys
, Cell Stem Cell
23
, 869
(2018
). 14.
M. A.
Mostajo-Radji
, M. T.
Schmitz
, S. T.
Montoya
, and A. A.
Pollen
, Brain Res.
1729
, 146582
(2020
). 15.
M. J.
Brooks
, H. Y.
Chen
, R. A.
Kelley
, A. K.
Mondal
, K.
Nagashima
, N.
De Val
, T.
Li
, V.
Chaitankar
, and A.
Swaroop
, Stem Cell Rep.
13
, 891
(2019
). 16.
B.
Nugraha
, M. F.
Buono
, and M. Y.
Emmert
, Eur. Heart J.
39
, 4234
(2018
). 17.
M. A.
Lancaster
and J. A.
Knoblich
, Science
345
, 6194
(2014
). 18.
K.
Takahashi
and S.
Yamanaka
, Cell
126
, 663
(2006
). 19.
K.
Takahashi
, K.
Tanabe
, M.
Ohnuki
, M.
Narita
, T.
Ichisaka
, and K.
Tomoda
, Cell
131
, 861
(2007
). 20.
K.
Okita
, T.
Ichisaka
, and S.
Yamanaka
, Nature
448
, 313
(2007
). 21.
M. S.
Elitt
, L.
Barbar
, and P. J.
Tesar
, Hum. Mol. Genet.
27
, 89
(2018
). 22.
A.
Farkhondeh
, R.
Li
, K.
Gorshkov
, K. G.
Chen
, M.
Might
, S.
Rodems
, D. C.
Lo
, and W.
Zheng
, Drug Discov. Today
24
, 992
(2019
). 23.
J.
Kondo
and M.
Inoue
, Cells
8
, 470
(2019
). 24.
G.
Kim
, N. J.
Ginga
, and S.
Takayama
, Cell. Mol. Gastroenterol. Hepatol.
6
, 123
(2018
). 25.
S. E.
Park
and A.
Georgescu
, D.
Huh
, Science
364
, 960
(2019
).26.
A.
Skardal
, T.
Shupe
, and A.
Atala
, Drug Discov. Today
21
, 1399
(2016
). 27.
J.
Aleman
and A.
Skardal
, Biotechnol. Bioeng.
116
, 936
(2019
). 28.
A.
Lin
, F.
Sved Skottvoll
, S.
Rayner
, S.
Pedersen-Bjergaard
, G.
Sullivan
, S.
Krauss
, S.
Ray Wilson
, and S.
Harrison
, Electrophoresis
41
, 56
(2020
). 29.
S.
Torino
, B.
Corrado
, M.
Iodice
, and G.
Coppola
, Inventions
3
, 1
(2018
). 30.
H. M.
Wu
, T. A.
Lee
, P. L.
Ko
, H. J.
Chiang
, C. C.
Peng
, and Y. C.
Tung
, J. Micromech. Microeng.
28
, 043001
(2018
). 31.
A. K.
Au
, W.
Huynh
, L. F.
Horowitz
, and A.
Folch
, Angew. Chem., Int. Ed.
55
, 3862
(2016
). 32.
S. J.
Leigh
, H. T.
Gilbert
, I. A.
Barker
, J. M.
Becker
, S. M.
Richardson
, J. A.
Hoyland
, J. A.
Covington
, and A. P.
Dove
, Biomacromolecules
14
, 186
(2013
). 33.
O.
Moreno-Rivas
, D.
Hernández-Velázquez
, V.
Piazza
, and S.
Marquez
, Mater. Today: Proc.
13
, 436
(2019
). 34.
M. A.
Duque-Correa
, R. M.
Maizels
, R. K.
Grencis
, and M.
Berriman
, Trends Parasitol.
36
, 170
(2020
). 35.
J.
Barrila
, A.
Crabbé
, J.
Yang
, K.
Franco
, S. D.
Nydam
, R. J.
Forsyth
, R. R.
Davis
, S.
Gangaraju
, C.
Mark Ott
, C. B.
Coyne
, M. J.
Bissell
, and C. A.
Nickerson
, Infect. Immun.
86
, 1
(2018
). 36.
I.
Dickson
, Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol.
17
, 383
(2020
). 37.
M. A.
Phelan
, P. I.
Lelkes
, and A.
Swaroop
, Stem Cell Invest.
13
, 565
(2018
). 38.
X.
Lei
, L.
Ning
, Y.
Cao
, S.
Liu
, S.
Zhang
, and Z.
Qiu
, PLoS ONE
6
, 1
(2011
). 39.
G.
Cossellu
, A.
Ottonello
, D.
Kaigler
, and G.
Mazzoleni
, Tissue Eng.
24
, 187
(2017
). 40.
T.
DiStefano
, H. Y.
Chen
, C.
Panebianco
, K. D.
Kaya
, M. J.
Brooks
, L.
Gieser
, N. Y.
Morgan
, T.
Pohida
, and A.
Swaroop
, Stem Cell Rep.
10
, 300
(2018
). 41.
X.
Qian
, H. N.
Nguyen
, M. M.
Song
, C.
Hadiono
, S. C.
Ogden
, C.
Hammack
, B.
Yao
, G. R.
Hamersky
, F.
Jacob
, C.
Zhong
, K. J.
Yoon
, W.
Jeang
, L.
Lin
, Y.
Li
, J.
Thakor
, D. A.
Berg
, C.
Zhang
, E.
Kang
, M.
Chickering
, D.
Nauen
, C. Y.
Ho
, Z.
Wen
, K. M.
Christian
, P. Y.
Shi
, B. J.
Maher
, H.
Wu
, P.
Jin
, H.
Tang
, H.
Song
, and G. L.
Ming
, Cell
165
, 1238
(2016
). 42.
X.
Qian
, F.
Jacob
, M. M.
Song
, H. N.
Nguyen
, H.
Song
, and G. L.
Ming
, Nat. Protoc.
13
, 565
(2018
). 43.
S. A.
Sloan
, S.
Darmanis
, N.
Huber
, T.
Khan
, F.
Birey
, C.
Caneda
, R.
Reimer
, S. R.
Quake
, B. A.
Barres
, and P.
Sergiu
, Neuron
95
, 779
(2018
). 44.
F.
Birey
, J.
Andersen
, C. D.
Makinson
, S.
Islam
, W.
Wei
, N.
Huber
, H. C.
Fan
, K. R. C.
Metzler
, G.
Panagiotakos
, N.
Thom
, N. A.
O’Rourke
, L. M.
Steinmetz
, J. A.
Bernstein
, J.
Hallmayer
, J. R.
Huguenard
, and S. P.
Paşca
, Nature
545
, 54
(2017
). 45.
Y.
Miura
, M.-Y.
Li
, F.
Birey
, K.
Ikeda
, O.
Revah
, M. V.
Thete
, J.-Y.
Park
, A.
Puno
, S. H.
Lee
, M. H.
Porteus
, and S. P.
Pasca
, Nat. Biotechnol.
38
, 1421
(2020
). 46.
E.
Karzbrun
, R. Y.
Tshuva
, and O.
Reiner
, Curr. Protoc. Cell Biol.
81
, 1
(2018
). 47.
J. A.
Bagley
, D.
Reumann
, S.
Bian
, J.
Lévi-Strauss
, and J. A.
Knoblich
, Nat. Methods
14
, 743
(2017
). 48.
J.
Klaus
, S.
Kanton
, C.
Kyrousi
, A. C.
Ayo-Martin
, R.
Di Giaimo
, S.
Riesenberg
, A. C.
O’Neill
, J. G.
Camp
, C.
Tocco
, M.
Santel
, E.
Rusha
, M.
Drukker
, M.
Schroeder
, M.
Götz
, S. P.
Robertson
, B.
Treutlein
, and S.
Cappello
, Nat. Med.
25
, 561
(2019
). 49.
F.
Yu
, W.
Hunziker
, and D.
Choudhury
, Micromachines
10
, 165
(2019
). 50.
F.
Duzagac
, G.
Saorin
, L.
Memeo
, V.
Canzonieri
, and F.
Rizzolio
, Cancers
13
, 737
(2021
). 51.
N.
Mellios
, D. A.
Feldman
, S. D.
Sheridan
, J. P. K.
Ip
, S.
Kwok
, S. K.
Amoah
, B.
Rosen
, B. A.
Rodriguez
, B.
Crawford
, R.
Swaminathan
, S.
Chou
, Y.
Li
, M.
Ziats
, C.
Ernst
, R.
Jaenisch
, S. J.
Haggarty
, and M.
Sur
, Molecular Psychiatry
23
(4
), 1051
–1065
(2018
). © 2021 Author(s).
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
