Shape Memory Polymers per la Cultura cella attiva
Summary
Un metodo per lo sviluppo di substrati di coltura cellulare con la possibilità di cambiare topografia durante cultura è descritto. Il metodo si avvale di materiali intelligenti conosciute come i polimeri a memoria di forma che hanno la capacità di memorizzare una forma permanente. Questo concetto è adattabile ad una vasta gamma di materiali e applicazioni.
Abstract
Polimeri a memoria di forma (SMP) sono una classe di materiali "intelligenti" che hanno la capacità di passare da un fisso, la forma temporanea di un pre-determinata forma permanente dopo l'applicazione di uno stimolo come il calore 1-5. In un tipico ciclo di memoria di forma, la SMP è prima deformato a temperatura elevata che è superiore alla temperatura di transizione, T trans [sia la temperatura di fusione (T m) o la temperatura di transizione vetrosa (Tg)]. La deformazione è elastica in natura e porta principalmente ad una riduzione di entropia conformazionale delle catene rete costituente (seguendo la teoria di elasticità della gomma). La deformata SMP è poi raffreddato ad una temperatura inferiore al T trans, mantenendo la tensione esterno o costante stress. Durante il raffreddamento, le transizioni materiale ad uno stato più rigido (semi-cristallina o vetrosa), che cineticamente trappole o "congela" il materiale in questo stato di bassa entropia che porta a fissare la forma macroscopica. Recupero della forma è innescata da continuamente il riscaldamento del materiale attraverso T trans sotto uno stress-free (senza vincoli) condizione. Permettendo che le catene di rete (con mobilità riacquistato) per rilassarsi alla loro termodinamicamente favorito, massima entropia dello stato, i cambiamenti materiale dalla forma temporanea alla forma permanente.
Le cellule sono in grado di rilevare le proprietà meccaniche del loro ambiente circostante 6. I meccanismi attraverso i quali interazioni meccaniche tra le cellule e il loro ambiente fisico controllare il comportamento delle cellule sono aree di ricerca attiva. Substrati di topografia definite sono emersi come potenti strumenti nelle indagini di questi meccanismi. Mesoscala, microscala, e modelli su scala nanometrica della topografia del substrato è stato dimostrato per dirigere l'allineamento delle cellule, adesione cellulare, e le forze di trazione delle cellule 7-14. Questi risultati hanno sottolineato il potenziale per topografia del substrato per il controllo e il dosaggio delle interazioni meccaniche tra le cellule e il loro ambiente fisico durante colture cellulari, ma i substrati utilizzati fino ad oggi sono state in genere passivo e non potrebbe essere programmato per cambiare in modo significativo durante cultura. Questa stasi fisica ha limitato le potenzialità di supporti topografici per il controllo delle cellule in coltura.
Qui, coltura cellulare attivo (ACC) sono introdotti substrati SMP che impiegano a memoria di forma della superficie per fornire un controllo programmato della topografia del substrato e deformazioni. Questi substrati dimostrare la capacità di passare da una topografia temporanea scanalata per un secondo, topografia quasi piatta memorizzato. Questo cambiamento di topografia può essere utilizzato per controllare il comportamento delle cellule in condizioni standard di coltura cellulare.
Protocol
Discussion
G T di NOA63 può essere facilmente controllato tramite la temperatura di polimerizzazione. Abbiamo usato questo per generare supporti SMP che può essere attivato in un intervallo di celle compatibile. NOA63 è plastificato con l'acqua che abbassa il secco T g, così abbiamo aumentato il secco T g da una cottura a 125 ° C per spostare il campo bagnato Tg tra i 30 ei 37 ° C.
L'attivo substrati di coltura cellulare hanno dimostrato in grado di contro…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano ringraziare Kelly A. Burke per l'assistenza tecnica con la preparazione dei supporti ACC. Sulla base l'articolo pubblicato in Biomateriali, Davis KA et al, il comportamento dinamico delle cellule a memoria di forma su substrati polimerici, biomateriali, doi:. 10.1016/j.biomaterials.2010.12.006, Copyright Elsevier (2011). Questo materiale si basa su lavoro supportato da NSF sotto 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).
