Preparazione di Thermoresponsive Nanostrutturati Superfici Tissue Engineering
Summary
Nanoscaled sea-island surfaces composed of thermoresponsive block copolymers were fabricated by the Langmuir-Schaefer method for controlling spontaneous cell adhesion and detachment. Both the preparation of the surface and the adhesion and detachment of cells on the surface were visualized.
Abstract
Thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm)-immobilized surfaces for controlling cell adhesion and detachment were fabricated by the Langmuir-Schaefer method. Amphiphilic block copolymers composed of polystyrene and PIPAAm (St-IPAAms) were synthesized by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) radical polymerization. A chloroform solution of St-IPAAm molecules was gently dropped into a Langmuir-trough apparatus, and both barriers of the apparatus were moved horizontally to compress the film to regulate its density. Then, the St-IPAAm Langmuir film was horizontally transferred onto a hydrophobically modified glass substrate by a surface-fixed device. Atomic force microscopy images clearly revealed nanoscale sea-island structures on the surface. The strength, rate, and quality of cell adhesion and detachment on the prepared surface were modulated by changes in temperature across the lower critical solution temperature range of PIPAAm molecules. In addition, a two-dimensional cell structure (cell sheet) was successfully recovered on the optimized surfaces. These unique PIPAAm surfaces may be useful for controlling the strength of cell adhesion and detachment.
Introduction
superfici nanostrutturate hanno recentemente attirato notevole attenzione a causa delle loro diverse applicazioni potenziali, tra cui patterning, colture cellulari, la pulizia, e la commutazione di superficie. Ad esempio, le superfici superhydrophobic ispirati al nanostruttura della foglia di loto e altre superfici sensibili sono in grado di reagire agli stimoli esterni 1-4.
Il film Langmuir è uno dei rivestimenti polimerici più studiati. Un film Langmuir è formato facendo cadere molecole anfifiliche su una interfaccia aria-acqua 5-8. Il film può poi essere trasferito su una superficie solida per adsorbimento fisico o chimico, e la conformazione molecolare su una superficie solida può essere controllato usando metodi di trasferimento verticali e orizzontali 9-12. La densità del film Langmuir può essere regolata con precisione comprimendo l'interfaccia aria-acqua. Recentemente, questo metodo si è dimostrato efficace anche per la realizzazione di nanoscaled structur mare-isolaes utilizzando copolimeri a blocchi anfifilici. Le nanostrutture sono considerata formata da un nucleo di segmenti idrofobi e un guscio di segmenti idrofili 13-17. Inoltre, il numero di nanostrutture su una superficie è regolata controllando l'area per molecola (A m) del copolimero a blocchi all'interfaccia.
Ci siamo concentrati su un originale, unico approccio di ingegneria tissutale senza patibolo, ingegneria strato di cellule, utilizzando una superficie cultura sensibile alla temperatura. La tecnologia sviluppata è stata applicata alle terapie rigenerative per vari organi 18. Una superficie coltura sensibile alla temperatura è stato fabbricato mediante innesto poli (N -isopropylacrylamide) (PIPAAm), una molecola sensibile alla temperatura, su una superficie 19-27. PIPAAm ei suoi copolimeri presentano una temperatura più bassa soluzione critica (LCST) in ambiente acquoso a temperature vicine a 32 ° C. La superficie di cultura anche esposto un alternati sensibile alla temperatura ON tra idrofobicità e idrofilia. A 37 ° C, la superficie PIPAAm innestate divenne idrofobi, e le cellule facilmente attaccata e proliferavano sulla superficie e sulla convenzionale polistirene coltura tissutale. Quando la temperatura è stata abbassata a 20 ° C, la superficie diventa idrofila, e le cellule spontaneamente staccato dalla superficie. Pertanto, le cellule confluenti in coltura sulla superficie potrebbero essere raccolti come un foglio intatto variando la temperatura. Queste proprietà di adesione cellulare e il distacco sono stati visualizzati anche da una superficie fabbricata da film di rivestimento Langmuir per il laboratorio dimostrativo 26, 27. Un film Langmuir di copolimeri a blocchi costituiti da polistirene (P (St)) e PIPAAm (St-IPAAm) è stato fabbricato. Il film Langmuir con una determinata A m potrebbe essere orizzontalmente trasferito ad un substrato di vetro idrofobicamente modificato. Inoltre, l'adesione cellulare su e distacco dalla superficie preparata in risposta alla temperatura sono stati valutati.
_content "> Qui, descriviamo protocolli per la realizzazione di un film Langmuir nanostrutturati composto di copolimeri a blocchi anfifilici termo-reattivo su un substrato di vetro. Il nostro metodo può fornire una tecnica di fabbricazione efficace per nanopellicole organici in vari campi della scienza delle superfici e può facilitare more controllo efficace di adesione cellulare su e distacco spontaneo da una superficie.Protocol
Representative Results
Discussion
Una superficie sensibile alla temperatura è stato fabbricato con il metodo Langmuir-Schaefer, e le proprietà di superficie per l'adesione cellulare / distacco e strato di cellule di recupero sono state ottimizzate. Quando si utilizza questo metodo per la realizzazione di superfici, diversi passaggi sono critici. La composizione molecolare delle molecole St-IPAAm ha un grande effetto sulla struttura superficiale e alla stabilità della superficie, e, per estensione, a adesione cellulare e distacco. In particolare, …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was financially supported by the Creation of Innovation Centers for Advanced Interdisciplinary Research Program’s Project for Developing Innovation Systems “Cell Sheet Tissue Engineering Center (CSTEC)” of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan.
Materials
| N-isopropylacrylamide | Kohjin | No catalog number | |
| Azobis(4-cyanovaleric acid) | Wako Pure Chemicals | 016-19332 | |
| Styrene | Sigma-Aldrich | S4972 | |
| 1,3,5-trioxane | Sigma-Aldrich | T81108 | |
| 1,4-Dioxane | Wako Pure Chemicals | 045-24491 | |
| DMEM | Sigma | D6429 | |
| PBS | Nakarai | 11482-15 | |
| Streptomycin | GIBCO BRL | 15140-163 | |
| Penicillin | GIBCO BRL | 15140-122 | |
| Trypsin-EDTA | Sigma | T4174 | |
| FBS | Japan Bioserum | JBS-11501 | |
| BAECs | Health Science Reserch Resources Bank | JCRB0099 | |
| Cover Glasses | Matsunami Glass Industry | C024501 | |
| AFM NanoScope V | Veeco | ||
| 1H NMR INOVA 400 | Varian, Palo Alto | ||
| ATR/FT-IR NICOLET 6700 | Thermo Scientific | ||
| GPC HLC-8320GPC | Tosoh | ||
| TSKgel Super AW2500, AW3000, AW4000 | Tosoh | ||
| Langmuir-Blodgett Deposition Troughs | KSV Instruments | KN 2002 | KSV NIWA Midium trough |
| Nikon ECLIPSE TE2000-U | Nikon |
References
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