Los polímeros con memoria de forma para el cultivo celular activo
Summary
Un método para el desarrollo de sustratos de cultivo de células con la capacidad de cambiar la topografía en la cultura se describe. El método hace uso de materiales inteligentes conocidos como polímeros con memoria de forma que tengan la capacidad de memorizar de una forma permanente. Este concepto se adapta a una amplia gama de materiales y aplicaciones.
Abstract
Polímeros con memoria de forma (SMP) son una clase de materiales "inteligentes" que tienen la capacidad de cambiar de una forma fija y temporal a una forma permanente de pre-determinado de la aplicación de un estímulo como el calor 1-5. En un ciclo de memoria de forma típica, la leche desnatada en polvo es la primera deformación a una temperatura elevada que es superior a su temperatura de transición, T trans [o bien la temperatura de fusión (T m) o la temperatura de transición vítrea (T g)]. La deformación es elástica en la naturaleza y sobre todo conduce a una reducción de la entropía conformacional de las cadenas de la red constituyente (siguiendo la teoría de la elasticidad de la goma). La deformada SMP se enfría a una temperatura por debajo de su T trans mientras se mantiene la tensión externa o el estrés constante. Durante el enfriamiento, las transiciones de material a un estado más rígido (semi-cristalino o vítreo), que atrapa cinéticamente o se "congela" el material en este estado de baja entropía que conduce a la fijación de forma macroscópica. Recuperación de la forma se activa de forma continua el calentamiento del material a través de T trans con un libre de estrés (sin restricciones) condición. Al permitir que las cadenas de la red (con movilidad recuperado) para relajarse a sus termodinámicamente favorecida, la máxima entropía del estado, el material pasa de forma temporal a la forma permanente.
Las células son capaces de agrimensura de las propiedades mecánicas de su entorno 6. Los mecanismos mediante los cuales las interacciones mecánicas entre las células y su comportamiento físico del ambiente de control celular son áreas de investigación activa. Sustratos de la topografía definida se han convertido en herramientas poderosas para la investigación de estos mecanismos. Mesoescala, microescala, y los patrones de nanoescala de la topografía del sustrato se ha demostrado que para dirigir la alineación de celdas, la adhesión celular, y las fuerzas de la célula de tracción 07/14. Estos hallazgos han puesto de relieve el potencial de la topografía del sustrato para el control y ensayo de las interacciones mecánicas entre las células y su entorno físico durante el cultivo celular, pero los sustratos utilizados hasta la fecha han sido en general pasiva y no puede ser programado para cambiar de manera significativa durante el cultivo. Este físico estancamiento ha limitado el potencial de sustratos para el control topográfico de las células en cultivo.
En este caso, activa de cultivo celular (ACC) los sustratos de leche desnatada en polvo se introducen, que emplean la memoria la superficie de forma que permita un control programado de la topografía del sustrato y la deformación. Estos sustratos demostrar la capacidad de transición de una topografía ranuras temporales a una segunda tópica, memorizado casi plana. Este cambio en la topografía se puede utilizar para controlar el comportamiento de la célula en condiciones estándar de cultivo celular.
Protocol
Discussion
La Tg de NOA63 se puede controlar fácilmente a través de la temperatura de curado. Se utilizó esto para generar sustratos SMP que puede ser activado en un rango compatible con celulares. NOA63 se plastifica por el agua que baja la T g seco, por lo que el aumento de la Tg seca por secado a 125 º C para mover el rango de Tg húmeda entre 30 y 37 ° C.
Los sustratos de células de cultivo activo demostrado son capaces de controlar el comportamiento celular. …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a Kelly A. Burke de asistencia técnica con la preparación del sustrato ACC. Con base en el artículo publicado en Biomateriales, Davis KA, et al, el comportamiento de células con memoria de forma dinámica en sustratos de polímeros, biomateriales, doi:. 10.1016/j.biomaterials.2010.12.006, Copyright Elsevier (2011). Este material está basado en trabajo apoyado por la NSF con la beca 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).
