Shape Memory Polymeren voor actieve cel Cultuur
Summary
Een methode voor het ontwikkelen van celkweek substraten met het vermogen om te veranderen tijdens topografie cultuur is beschreven. De methode maakt gebruik van slimme materialen bekend als vormgeheugen polymeren die de mogelijkheid om een permanente vorm te onthouden zijn. Dit concept is aanpasbaar aan een breed scala van materialen en toepassingen.
Abstract
Vormgeheugen polymeren (SMP) zijn een klasse van "slimme" materialen die de mogelijkheid om van een vaste, tijdelijke vorm te veranderen in een vooraf bepaalde vaste vorm van de toepassing van een stimulus, zoals warmte 1-5 hebben. In een typische vorm geheugen cyclus, is het SMP eerste vervormd bij een verhoogde temperatuur die hoger is dan de overgang temperatuur, T trans [ofwel de smelttemperatuur (T m) of de glasovergangstemperatuur (T g)]. De vervorming is elastisch in de natuur en vooral leidt tot een vermindering van de conformationele entropie van de samenstellende netwerk ketens (naar aanleiding van de rubber elasticiteitstheorie). De vervormde SMP wordt vervolgens afgekoeld tot een temperatuur onder het T trans met behoud van de externe druk of stress constant. Tijdens het afkoelen, het materiaal overgangen naar een meer rigide staat (semi-kristallijn of glasachtige), die kinetisch vallen of "bevriest" het materiaal in dit lage entropie toestand leidt tot macroscopische vorm te fixeren. Vorm van het herstel wordt geactiveerd door het continu verwarmen van het materiaal via T trans onder een stress-vrije (onbeperkte) staat. Doordat het netwerk ketens (met herwonnen mobiliteit) om te ontspannen met hun favoriete thermodynamisch, maximale entropie-staat, de materiële wijzigingen van de tijdelijke vorm aan de permanente vorm te geven.
Cellen zijn in staat van landmeetkundige de mechanische eigenschappen van hun omgeving 6. De mechanismen waardoor de mechanische interacties tussen cellen en hun fysieke omgeving controle cel gedrag zijn gebieden van actief onderzoek. Substraten van gedefinieerde topografie hebben zich ontwikkeld tot krachtige tools in het onderzoek naar deze mechanismen. Mesoschaal, microschaal, en nanoschaal patronen van substraat topografie is aangetoond dat celuitlijning, celadhesie, en cel trekkrachten 7-14 direct. Deze bevindingen hebben onderstreept het potentieel voor substraat topografie te controleren en test de mechanische interacties tussen cellen en hun fysieke omgeving tijdens celkweek, maar de substraten gebruikt tot op heden zijn over het algemeen passief en kon niet worden geprogrammeerd om aanzienlijk kunnen veranderen tijdens cultuur. Deze fysieke stasis heeft beperkt de mogelijkheden van topografische ondergronden aan cellen controle in cultuur.
Hier zijn actieve cel cultuur (ACC) SMP substraten geïntroduceerd die in dienst oppervlak vorm van geheugen om geprogrammeerde controle van de ondergrond topografie en vervorming te bieden. Deze substraten demonstreren de mogelijkheid om de overgang van een tijdelijke gegroefde topografie van een seconde, bijna vlak opgeslagen topografie. Deze verandering in de topografie kan worden gebruikt om cel gedrag onder normale celcultuur condities te controleren.
Protocol
Discussion
De T g van NOA63 kan eenvoudig worden gecontroleerd via de uithardingstemperatuur. We gebruikten dit om SMP substraten die kunnen worden geactiveerd in een cel compatibele reeks te genereren. NOA63 is geplastificeerd door water, dat de droge T g verlaagt, zodat we meer de droge T g door uitharding bij 125 ° C om de natte Tg range bewegen tussen 30 en 37 ° C.
De actieve cel aangetoond cultuur substraten in staat zijn om cel gedrag te controleren. De resultat…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen graag Kelly A. Burke bedanken voor technische bijstand met ACC voorbereiding van de ondergrond. Op basis van het artikel gepubliceerd in biomaterialen, Davis KA, et al., Dynamic cel gedrag op vormgeheugen polymeersubstraten, Biomaterialen, doi:. 10.1016/j.biomaterials.2010.12.006, Copyright Elsevier (2011). Dit materiaal is gebaseerd op werk ondersteund door NSF onder Grant No DMR-0907578.
Materials
| Name of the reagent or instrument | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| NOA63 | Norland Products Inc. | NOA63 | Lot number 111 |
| Dogbone Punch | TestResource, Inc. Shakopee, MN | Scaled-down Type IV dogbone (ASTM D638-03) | |
| Benchtop Hydraulic Press | Carver | 3851 | |
| C3H10T1/2 Mouse Embryonic Fibroblasts | ATCC | CCL-226 | |
| Biological Safety Cabinet | Thermo Fisher | 1357 | |
| UV Lamp | Spectroline | SB-100PC | |
| Dynamic Mechanical Analyzer (DMA) | TA Instruments, Inc. | Q800 | |
| Inverted Fluorescence Microscope | Leica | Leica DMI 4000B | |
| Confocal Laser Scanning Microscope | Zeiss | LSM 710 | 20x/0.8 NA air or a 40x/1.30 NA oil objective |
References
- Liu, C., Qin, H., Mather, P. T. Review of progress in shape-memory polymers. J. Mater. Chem. 17, 1543-1543 (2007).
- Mather, P. T., Luo, X. F., Rousseau, I. A. Shape Memory Polymer Research. Annu. Rev. Mater. Res. 39, 445-445 (2009).
- Lendlein, A., Kelch, S. Shape Memory Polymers. Angew. Chem. Int. Edit. 41, 2034-2034 (2002).
- Ratna, D., Karger-Kocsis, J. Recent advances in shape memory polymers and composites: a review. J. Mater. Sci. 43, 254-254 (2008).
- Rousseau, I. A. Challenges of shape memory polymers: A review of the progress toward overcoming SMP’s limitations. Polym. Eng. Sci. 48, 2075-2075 (2008).
- Pelham, R. J., Wang, Y. L. Cell locomotion and focal adhesions are regulated by substrate flexibility. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 94, 13661-13661 (1997).
- Addae-Mensah, K. A., Kassebaum, N. J., Bowers, M. J., Reiserer, R. S., Rosenthal, S. J., Moore, P. E., Wikswo, J. P. A flexible, quantum dot-labeled cantilever post array for studying cellular microforces. Sensor Actuat. a-Phys. 136, 385-385 (2007).
- du Roure, O., Saez, A., Buguin, A., Austin, R. H., Chavrier, P., Siberzan, P., Ladoux, B. Force mapping in epithelial cell migration. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 2390-2390 (2005).
- Lam, T., Clem, W. C., Takayama, S. Reversible on-demand cell alignment using reconfigurable microtopography. Biomaterials. 29, 1705-1705 (2008).
- Stevens, M. M., George, J. H. Exploring and engineering the cell surface interface. Science. 310, 1135-1135 (2005).
- Tan, L., Tien, J., Pirone, D. M., Gray, D. S., Bhadriraju, K., Chen, C. S. Cells lying on a bed of microneedles: an approach to isolate mechanical. 100, 1484-1484 (2003).
- Teixeira, A. I., Nealey, P. F., Murphy, C. J. Responses of human keratocytes to micro- and nanostructured substrates. J. Biomed. Mater. Res. A. 71A, 369-369 (2004).
- Yang, M., Sniadecki, N., Chen, C. Geometric Considerations of Micro- to Nanoscale Elastomeric Post Arrays to Study Cellular Traction Forces. Adv. Mater. 19, 3119-3119 (2007).
- Zhao, Y., Zhang, X. Cellular Mechanics Study in Cardiac Myocytes Using PDMS Pillars Array. Sensor Actuat. a-Phys. 125, 398-398 (2006).
- DiOrio, A. M., Luo, X., Lee, K. M., Mather, P. T. A Functionally Graded Shape Memory Polymer. Soft Matter. 7, 68-68 (2011).
- Davis, K. A., Burke, K. A., Mather, P. T., Henderson, J. H. Dynamic cell behavior on shape memory polymer substrates. Biomaterials. 32, 2285-2285 (2011).
