Hücre yüklü hidrojel uyarıcı hücresel davranışları için degrade zorlanma çip

Summary

Bu makalede sürekli sigara degrade statik suşlar doku mühendisliği için hücre hizalama düzenleyen konsantrik bir hücre yüklü hidrojel Tarih sağlamak için basit bir yaklaşım sunar.

Abstract

Artificial guidance for cellular alignment is a hot topic in the field of tissue engineering. Most of the previous research has investigated single strain-induced cellular alignment on a cell-laden hydrogel by using complex experimental processes and mass controlling systems, which are usually associated with contamination issues. Thus, in this article, we propose a simple approach to building a gradient static strain using a fluidic chip with a plastic PDMS cover and a UV transparent glass substrate for the stimulation of cellular behavior in a 3D hydrogel. Overloading photo-patternable cell prepolymer in the fluidic chamber can generate a convex curved PDMS membrane on the cover. After UV crosslinking, through a concentric circular micropattern under the curved PDMS membrane, and buffer washing, a microenvironment for investigating cell behaviors under a variety of gradient strains is self-established in a single fluidic chip, without external instruments. NIH3T3 cells were demonstrated after observing the change in the cellular alignment trend under geometry guidance, in cooperation with strain stimulation, which varied from 15 – 65% on hydrogels. After a 3-day incubation, the hydrogel geometry dominated the cell alignment under low compressive strain, where cells aligned along the hydrogel elongation direction under high compressive strain. Between these, the cells showed random alignment due to the dissipation of the radical guidance of hydrogel elongation and the geometry guidance of the patterned hydrogel.

Introduction

Yerel bir microenvironment taklit eden bir blok malzeme olarak hizmet veren, hücre dışı Matriks (ECM) içeren bir hidrojel yeniden hücre büyümesini desteklemek için biomimetic doku iskele inşa edebilirsiniz. Bir doku fonksiyonları sahip olmak, organize hücre hizalama temel bir gereksinimdir. Çeşitli (Yani, bir yüzeye kültürlü hücreleri) 2D ve 3D (Yani, bir hidrojel kapsüllenmiş hücreleri) kültür veya hücreleri veya mikro esnek yüzeyler üzerinde Kapsüllenen tarafından elde hücre hizalamaları-ya da nano kalıpları¹. Microenvironment yerel doku yapısı^2,3,4‘ e daha yakın olduğu gibi 3D hücre hizalama mikro mimarisi içinde daha çekicidir. 3D hücre hizalama için bir ortak yaklaşım hidrojel şekil^2,3geometrik işaretimiz. Nedeniyle kısıtlı alan kısa eksenli yönde hücre çoğalması için hücreleri mikro desenli hidrojel uzun ekseni yönünde boyunca Hizala hedefliyoruz. Çekme dayanımı streç hücre hizalama streç yön^4,5‘ e paralel elde etmek için hydrogels uygulamak için başka bir yaklaşımdır.

Biyofiziksel stimülasyon basınç zorlanma gibi ECM hydrogels üzerinde veya bir elektrik alanı, hücre fonksiyonları için uygun doku Tümleştirme, yayılması ve farklılaşma^1,2,3düzenleyen. Hücresel davranış birden çok mekanik denetim birimleri^4,6,7,8,9kullanarak bir defada bir yük durumu uygulayarak araştırmak için çok araştırma yapılmıştır. Örneğin, mekanik adım motorlar kullanımı sıkılmış veya 3D cep kapsüllenmiş kollajen hidrojel üzerinde gerilmiş ortak bir yaklaşım^7,10oldu. Ancak, bu tür kontrol araçlar ilave alanı gerektirir ve kirlenme kuluçka makinesi^7,9,11,12sorunu karşı karşıya. Buna ek olarak, büyük araç yüksek tekrarlanabilirlik¹³sağlamak için bir hassas kontrol ortamı veremem.

Hücre yüklü hydrogels genellikle Biyomedikal uygulamalar için mikro ölçekte istihdam edilmektedir göz önüne alındığında, MEMS teknikleri zorlanma/streç stimülasyon aynı anda 3D biomimetic yapıları vitro^{2,14,15,16,17,18}cep davranışları araştırmak için bir dizi oluşturmak için birleştirmek için avantajlıdır. Örneğin, gaz basıncı PDMS membran mikrosıvısal fiş deforme kullanarak çeşitli suşları, hücre farklılaşması farklı soy^9,16‘ sürüş için çıkmasına neden olabilir. Ancak, karmaşık çip üretim süreçlerinde bir temiz oda ve yazılım denetim Tümleştirme motor, pompa, vanalar ve sıkıştırılmış gazlar gibi pek çok teknik sorun vardır.

Bu çalışmada, biz kendi kendini idame ettiren bir degrade statik yük mikrosıvısal çip bir eş merkezli dairesel hidrojel desen ve esnek bir PDMS membran istihdam ederek elde etmek için basit bir yaklaşım göstermek. Varolan yaklaşımlar en aksine, bizim bu sarı odanın dışında sahte olduğu ve kuluçka sırasında dış mekanik aletler olmadan konsantrik hücre kapsüllü hydrogels üzerinde gradyan suşları kendini üreten sahip bir taşınabilir ve tek kullanımlık minyatür aygıt platformudur. Çekme dayanımı streç rehberlik ipuçları çeşitli degrade zorlanma yongası 3D ECM mimetic ortamlar içinde hücre hizalama 3 gün boyunca gözlem sırasında gösterdi ve 3T3 fibroblast hücre davranışları hidrojel şekil kombinasyonu tarafından etkiledi.

Protocol

1. GelMA Synthesis Weigh 10 g of gelatin powder and add it to a glass flask with 100 mL ofDulbecco's phosphate-buffered saline (DPBS). Put a magnetic stir bar into the flask and place the flask on a stirring hot plate. Cover the flask with aluminum foil to avoid water evaporation. Set the hot plate temperature to 50-60 °C and the stirrer at 100 rpm for 1 h to dissolve the gelatin powder well. After the gelatin has dissolved, add 8 mL of methacrylic anhydride very slowly (one drop …

Representative Results

Mekanik varyasyonları arasında tamamlanan degrade zorlanma stimülasyon yongası dairesel her hidrojel karşılaştırmak için iki enjeksiyon miktarlar 0 µL (şekil 4a) ve 40 µL (şekil 4b) ile aynı fiş dairesel her hidrojel çizgi genişlikleri sırasıyla şiddetindeydi. Her daire, yüzde elongations karşılık gelen hydrogels 0 µL enjekte yongası (şekil 4 c) çizgi genişlikleri 40 µL …

Discussion

Bu yazıda, hücre hizalama davranışını hidrojel şekil rehberlik ve gerilme streç sonra karşılaştırmak için basit bir yaklaşım üzerinde rapor. Esnek PDMS membran konsantrik dairesel hydrogels farklı yükseklikte üretmek için bir kubbe seklinde eğrilik oluşturur. Basınç bırakmadan sonra PDMS membran degrade zorlanma/uzama, en merkezi ve en azından dış sınır oluşturmak için mikro-desenli hydrogels için kuvvet otomatik olarak uygular. Degrade zorlanma oluşumu esnek PDMS membran ve sıvı çip …

Materials

1.5-mL black microcentrifuge tube	Argos Technologies	03-391-161	This one can be replaced with a neutral color of 1.5-mL tube covered with aluminun foil
10X DPBS	Sigma-Aldrich	56064C
Alexa Fluor 488 phalloidin	Invitrogen	A12379
BSA	Sigma	A1595
Calcein	Molecular Probe	C1430	For labeling viable cells
CCD	PCO. Imaging	Pixelfly qe
Cell membrane permeating solution	Sigma-Aldrich	X100	0.5% Triton X-100 for permeating cell membrane
DAPI	Sigma-Aldrich	D8417	Cell nucleus staining
Dialysis membrane	Sigma-Aldrich	D9527	Molecular weight cut-off = 14,000
DMEM	Gibco	11995-065
Double-side tape	3M	8003
FBS	Hyclone	SH30071.03
Gelatin	Sigma-Aldrich	G2500	gel strength 300, type A, from porcine skin
High frequency electronic corona generator	Electro-technic products	MODEL BD-20
Methacrylic Anhydride	Sigma-Aldrich	276685
Micro syringe	Hamilton	80501	50 μL
Microscope	Olympus	IX71	Include two filter sets: LF405/LP-B-000 and LF488/LP-C-000 from Semrock
Oxygen plasma machine	Harrick plasma	PDC-001
Paraformaldehyde	Sigma-Aldrich	P6148	For fixing cell
PDMS	DOW CORNING	Sylgard 184	Mixture for PDMS chip cast-molding fabrication
Pen-Strep	Gibco	10378-016	penicillin/streptomycin
Photoinitiator	CIBA	Irgacure 2959
Propidium iodide	Sigma-Aldrich	P4170	For labeling dead cells
Sterile Filtration cup	Millipore	SCGPT05RE
TMSPMA	Sigma-Aldrich	440159	For hydrogel immobilization
Ultrasonicator	Delta	D150H	150W, 43kHz
UV light	DAIHAN	WUV-L10
Freeze Dryer	FIRSTEK	150311025
NIH3T3(fibroblast)	Food Industry Research and Development Institute(FIRDI)	08C0011
MOXI Z Mini Automated Cell Counter	ORFLO	MXZ001