כימיה רטובה פפטיד קיבוע על polytetrafluoroethylene עבור Cell-הדבקה משופרת
Summary
Cell-adhesiveness is key to many approaches in biomaterial research and tissue engineering. A step-by-step technique is presented using wet-chemistry for the surface modification of the important polymer PTFE with peptides.
Abstract
להנחיל חומרי משטח עם מאפייני תא-דבק הוא אסטרטגיה משותפת במחקר ביולוגי והנדסת רקמות. זה מעניין במיוחד עבור פולימרים שכבר אושרו שיש להם שימוש ארוך ברפואה כי חומרים אלה הם גם בעיות מאופיינות ומשפטיות הקשורים עם ההקדמה של פולימרים מסונתזים חדש ניתן להימנע. Polytetrafluoroethylene (PTFE) הוא אחד החומרים מועסקים לעתים קרובות ביותר עבור הייצור של שתלי כלי דם אך הפולימר חסר הידבקות תא בקידום תכונות. Endothelialization, כלומר, כיסוי מלא של שתלי המשטח פנימי בשכבה ומחוברת של בתאי האנדותל נחשב מפתח לביצועים אופטימליים, בעיקר על ידי הקטנת thrombogenicity של הממשק המלאכותי.
מחקר זה בוחן את הצמיחה של תאי האנדותל על PTFE פפטיד שונה ומשווה את התוצאות הללו לאלה שהושגו על מצע ללא שינוי. צימוד עםArg-Glu-Asp-Val פפטיד תא הדבק אנדותל (REDV) מבוצע באמצעות הפעלה של הפולימר המכיל fluorin באמצעות naphthalenide נתרן מגיב, ואחריו צעדי נטייה שלאחר מכן. תרבית תאים מושגת באמצעות אדם טבורי הווריד לתאי אנדותל (HUVECs) וצמיחה הסלולר מעולה על חומר משותק פפטיד מודגם על פני תקופה של שבועות.
Introduction
פולימרים שונים בשימוש ברפואה אשר אושרו במשך זמן מה אינו מציג התאמה ביולוגית משופרת, כלומר, חוסר-דביקות תא, אינדוקציה של אנקפסולציה fibrotic ו thrombogenicity, כדי להזכיר כמה. אינטראקציות בין הביולוגי והמערכת הביולוגית מתרחשות בעיקר על פני השטח של השתל. כתוצאה מכך, מחקר התמקד שינוי פני שטח כדי ליצור מאפיינים מתאימים יישום רצוי תוך השארה בכמויות הגדולות המאפיינים של החומר מעושה. Polytetrafluoroethylene (PTFE) כמו פולימר אינרטי מבחינה פיזיולוגית משמש בתחומים רפואיים רבים כגון רשת 1 כירורגית בקע, יציאות רפואיות 2, והכי חשוב, שתל כלי דם 3.
במיוחד במצבי פניית דם האופי הידרופובי של PTFE גורם ספיחה נוקבת של רכיבי פלזמה וכתוצאה הידבקות טסיות מכך, ופעמים רבות תוצאה היא thrombotiאירועי ג ו חסימה של השתל 4. יתר על כן, PTFE, כמו רוב הפולימרים, אינו תומך הידבקות הסלולר וכיסוי אשר תהיה תכונה רצויה לגרום להיווצרות שכבה שביושר בתאי האנדותל (EC) על הפנימי (לומינל) השטח של השתל וסקולרית 5. האנדותל biomimetic צפוי למלא רב מהפונקציות של המקבילה הטבעית שלה, נכסי antithrombogenic שלה בעיקר 6. אסטרטגית שינוי biomimetic כללית מבוססת על הרעיון של והוריש חומר בלעדי עם-דביקות תא תוך השארת הנכסים חומר תפזורת מעושה. בנוסף, הדבקה טסיות עשוי להיות מופחת על ידי שילוב-דבק אנטי (אנטי עכירות) מייחס 7. פפטידים שונים – שמקורה בעיקר חלבונים של תאי מטריקס – תוארו כי בתוקף לשפר-הידבקות התא באמצעות קשירה לקולטנים הסלולר, השתייכות למעמד של integrins 8. את להיותst-ידוע למשל בעניין זה הוא פפטיד Arg-גלאי-ASP (RGD) כי אינטראקציה עם סוגי תאים ביותר. רצפי החומצות האמיניות אחרים מוכרים על ידי integrins לידי ביטוי אך ורק על תאים ספציפיים. לדוגמה, Arg-Glu-Asp-Val (REDV) ו Tyr-Ile-גלאי-שירו-Arg (YIGSR) נמצאו להיקשר ECS באופן ספציפי 9. קוולנטיים וקיבוע של פפטידים כאלה בוצע על שפע של חומרים שאינם דבקים מטבעו כולל מתכות ופולימרים 10,11.
PTFE נקבובי, ליתר דיוק מורחבת PTFE (ePTFE) – יחד עם terephthalate פוליאתילן (PET) – הוא החומר החשוב ביותר לייצור כלי הדם שתלי 12. טכניקות פיסיות הוקמו עבור טיפולים מתאימים, כגון שינוי הפלזמה 13 או בשיטות פוטו 14, הם הקשו על ידי העובדה כי מבנים נקבוביים / או הצינור שלא ניתן לטפל בקלות בתוך נקבובי או לומן בהתאמה. כימיה רטובהעל PTFE היא משימה קשה בשל אופיו אינרטי מאוד של הפולימר המכילים fluorin שמתנגד התקפות כימיות ביותר 15.
במאמר זה אנו מתארים שיטה קלילה יחסית עבור אסטרטגית שינוי קוולנטי. מעובד מתוך הליך כדי להבהיר bondable PTFE, קבוצות פונקציונליות נוצרו על פני שטח החומרים המשמשים כנקודות עוגנות נטייה נוספת של מולקולות ביולוגיות אקטיביות.
Protocol
Representative Results
Discussion
התיאור המפורט של פרוטוקול שינוי פני השטח של PTFE מורכב צעדים רצופים החל חיסול פלואור מן השדרה פולימר כמתואר באיור 6. כתוצאה מכך, שכבה נוצר המכיל כמות בשפע של קשרים כפולים פחמן-פחמן מצומדות בהתאם לצבע החום הכהה שהתפתח על טיפול naphthalenide. חמצון רגיל עם מי חמצן חומצי…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the help of Walter Scholdei (Max-Planck-Institute for Polymer Research, Mainz, Germany.
Materials
| PTFE foil 0.5 mm | Cadillac Plastic | n/a | |
| REDV peptide | Genecust | n/a | custom synthesis >95 % purity |
| iso-propanol | Sigma Aldrich | 34965 | |
| tetrahydrofurane (THF) | Sigma Aldrich | 401757 | |
| dimethylsulfoxide | Sigma Aldrich | D8418 | |
| molecular sieve 3Å | Sigma Aldrich | 208574 | |
| sodium metal | Sigma Aldrich | 483745 | |
| phosphate buffered saline (PBS) | Sigma Aldrich | D8537 | |
| naphthalene | Sigma Aldrich | 147141 | |
| hydrogen peroxide 30 % | Sigma Aldrich | 95321 | |
| trichloroacetic acid | Sigma Aldrich | T6399 | |
| diethylene glycol diglycidyl ether | Sigma Aldrich | 17741 | |
| hexamethylene diisocyanate (HMDI) | Sigma Aldrich | 52650 | |
| Calcein-AM | Sigma Aldrich | 56496 | |
| sodium bicarbonate | Sigma Aldrich | S6014 | |
| sodium azide | Sigma Aldrich | 71290 | |
| 24 well plates | Greiner-Bio-One | 662 160 | |
| ATR-FTIR spectrophotometer Nicolet Magna-IR 850 | Nicolet | n/a | |
| fluorescence microscope Olympus X-70 | Olympus | n/a | |
| humbilical vein endothelial cells (HUVECs) | Lonza | n/a | |
| ePTFE vascular graft | Gore | n/a |
References
- Doctor, H. G. Evaluation of various prosthetic materials and newer meshes for hernia repairs. J. Minim. Access Surg. 2, 110-116 (2006).
- Zaghal, A., et al. Update on totally implantable venous access devices. Surg. Oncol. 21, 207-215 (2012).
- Niu, G., Sapoznik, E., Soker, S. Bioengineered blood vessels. Exp. Opin. Biol. Th. 14, 403-410 (2014).
- Wang, M. -. J., Tsai, W. -. B. . Biomaterials in Blood-Contacting Devices: Complications and Solutions. , (2010).
- de Mel, A., Jell, G., Stevens, M. M., Seifalian, A. M. Biofunctionalization of biomaterials for accelerated in situ endothelialization: a review. Biomacromolecules. 9, 2969-2979 (2008).
- Zdrahala, R. J. Small caliber vascular grafts. Part I: state of the art. J. Biomat. Appl. 10, 309-329 (1996).
- Cleary, M. A., et al. Vascular tissue engineering: the next generation. Trends Mol. Med. 18, 394-404 (2012).
- Ruoslahti, E. RGD and other recognition sequences for integrins. Annu. Rev. Dev. Bi. 12, 697-715 (1996).
- Lei, Y., Remy, M., Labrugere, C., Durrieu, M. C. Peptide immobilization on polyethylene terephthalate surfaces to study specific endothelial cell adhesion, spreading and migration. J. Mat. Sci. Mater. M. 23, 2761-2772 (2012).
- Gabriel, M., et al. Covalent RGD Modification of the Inner Pore Surface of Polycaprolactone Scaffolds. J. Biomat. Sci.. Polym. E. 23, 941-953 (2012).
- Ceylan, H., Tekinay, A. B., Guler, M. O. Selective adhesion and growth of vascular endothelial cells on bioactive peptide nanofiber functionalized stainless steel surface. Biomaterials. 32, 8797-8805 (2011).
- Chlupac, J., Filova, E., Bacakova, L. Blood vessel replacement: 50 years of development and tissue engineering paradigms in vascular surgery. Physiol. Res. / Academia Scientiarum Bohemoslovaca. 58, 119-139 (2009).
- Wise, S. G., Waterhouse, A., Kondyurin, A., Bilek, M. M., Weiss, A. S. Plasma-based biofunctionalization of vascular implants. Nanomedicine UK. 7, 1907-1916 (2012).
- Mikulikova, R., et al. Cell microarrays on photochemically modified polytetrafluoroethylene. Biomaterials. 26, 5572-5580 (2005).
- Gabriel, M., Dahm, M., Vahl, C. F. Wet-chemical approach for the cell-adhesive modification of polytetrafluoroethylene. Biomed. Mater. 6, 035007 (2011).
- Gabriel, M., van Nieuw Amerongen, G. P., Van Hinsbergh, V. W., Amerongen, A. V., Zentner, A. Direct grafting of RGD-motif-containing peptide on the surface of polycaprolactone films. J. Biomat. Sci.. Polym. E. 17, 567-577 (2006).
- Larsen, C. C., Kligman, F., Kottke-Marchant, K., Marchant, R. E. The effect of RGD fluorosurfactant polymer modification of ePTFE on endothelial cell adhesion, growth, and function. Biomaterials. 27, 4846-4855 (2006).
- Gabriel, M., Nazmi, K., Veerman, E. C., Nieuw Amerongen, A. V., Zentner, A. Preparation of LL-37-grafted titanium surfaces with bactericidal activity. Bioconjugate Chem. 17, 548-550 (2006).
- Lotz, A., Heller, M., Brieger, J., Gabriel, M., Förch, R. Derivatization of Plasma Polymerized Thin Films and Attachment of Biomolecules to Influence HUVEC-Cell Adhesion. Plasma Process Polym. 9, 10-16 (2012).
