Nasschemie und Peptid Immobilisation auf Polytetrafluoroethylen für verbesserte Zellhaftung
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
Stiften Materialien Oberfläche mit zellKlebeEigenschaften ist eine gemeinsame Strategie in Biomaterial Forschung und Tissue Engineering. Dies ist besonders interessant für bereits zugelassene Polymere, die eine langjährige Verwendung in der Medizin haben, weil diese Materialien sind gut charakterisiert und rechtliche Fragen bei der Einführung im Zusammenhang von neu synthetisierten Polymere vermieden werden können. Polytetrafluorethylen (PTFE) ist eine der am häufigsten verwendeten Materialien für die Herstellung von Gefäßprothesen, aber das Polymer fehlt Förderung Merkmale Zelladhäsion. Endothelialisierung, dh eine vollständige Abdeckung der Transplantate Innenfläche mit einer konfluenten Schicht von Endothelzellen ist der Schlüssel für eine optimale Leistung angesehen, vor allem durch Thrombogenität der künstlichen Schnittstelle reduziert wird .
Diese Studie untersucht, das Wachstum von Endothelzellen auf Peptid-modifiziertem PTFE und vergleicht diese Ergebnisse mit denen auf unmodifizierte Substrat erhalten. Kupplung mit demendotheliale Zellen-Haftungs-Peptid Arg-Glu-Asp-Val (REDV) über die Aktivierung des fluorin enthaltenden Polymers unter Verwendung des Reagenzes Natriumnaphthalenid, gefolgt durch nachfolgende Konjugation Schritten durchgeführt. Zellkulturen Zellen (HUVECs) und eine hervorragende Zellwachstum auf Peptid-immobilisierte Material unter Verwendung von humanen Umbilical Vein Endothelial erreicht wird, ein Zeitraum von zwei Wochen gezeigt über.
Introduction
Verschiedene Polymere in der Medizin eingesetzt , die seit einiger Zeit zugelassen wurden keine verbesserte Biokompatibilität aufweisen, das heißt, der Mangel an Zell-Haft, Induktion von fibrotischen Verkapselung und Thrombogenität, um nur einige zu nennen. Wechselwirkungen zwischen dem Biomaterial und dem biologischen System erfolgt hauptsächlich an der Oberfläche des Implantats. Als Folge hat sich die Forschung auf die Oberflächenmodifikation konzentriert, um geeignete Eigenschaften für eine gewünschte Anwendung zu schaffen, während die Volumeneigenschaften des Materials unbeeinflusst bleibt. Polytetrafluorethylen (PTFE) als ein physiologisch inertes Polymer wird in vielen medizinischen Gebieten, wie Hernie chirurgisches Netz 1, medizinische Anschlüsse 2 verwendet und, am wichtigsten, vaskuläre Transplantate 3.
Insbesondere in Blut in Kontakt Situationen die hydrophobe Natur von PTFE verursacht unspezifische Adsorption von Plasmabestandteilen und als Folge Thrombozytenadhäsion, oft in thromboti ergebc Ereignisse und Okklusion des Transplantats 4. Weiterhin PTFE, wie die meisten Polymere nicht unterstützt Zelladhäsion und Abdeckung , die ein wünschenswertes Merkmal 5 wäre die Bildung einer nützlichen Schicht von Endothelzellen (ECs) auf der inneren (luminale) Oberfläche des vaskulären Transplantats zu induzieren. Eine biomimetische Endothel wird erwartet , dass viele der Funktionen seiner natürlichen Äquivalent zu erfüllen, vor allem seine antithrombogenen Eigenschaften 6. Eine allgemeine biomimetischen Modifikationsstrategie basiert auf dem Konzept der ausschließlich das Material mit Zellhaftfähigkeit verleihen, während die Eigenschaften Materialien bulk verlassen unberührt. Zusätzlich kann Thrombozytenadhäsion durch Einarbeiten antiadhäsive (anti-fouling) Attribute 7 reduziert werden. Verschiedene Peptide – meist aus Proteinen der extrazellulären Matrix abgeleitet ist – wurden beschrieben , die stark durch die Bindung an zelluläre Rezeptoren gehört zu der Klasse von Integrinen 8 Zelladhäsion verbessern. Das Seinst bekanntes Beispiel in dieser Hinsicht ist das Peptid Arg-Gly-Asp (RGD), die mit den meisten Zelltypen interagiert. Andere Aminosäuresequenzen werden durch Integrine exprimiert ausschließlich auf spezifische Zellen erkannt. Zum Beispiel Arg-Glu-Asp-Val (REDV-) und Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg (YIGSR-) wurden ECs zu binden , in einer bestimmten Art und Weise 9 gefunden. Kovalente Immobilisierung solcher Peptide wurde auch von Natur aus nicht klebenden Materialien durchgeführt auf einer Vielzahl von Metallen und Polymeren 10,11.
Poröse PTFE, genauer aus expandiertem PTFE (ePTFE) – zusammen mit Polyethylenterephthalat (PET) – ist das wichtigste Material für die Herstellung von vaskulären Transplantaten 12. Etablierte physikalische Techniken für entsprechende Behandlungen, wie Plasmamodifizierung 13 oder durch photochemische Verfahren 14 werden durch die Tatsache behindert , daß poröse und / oder röhrenförmige Strukturen sind nicht leicht behandelbar in den Poren oder dem Lumen verbunden. naßchemischenauf PTFE ist eine schwierige Aufgabe aufgrund der stark inert Natur des fluorin enthaltenden Polymer , das die meisten chemischen Angriffen 15 widersteht .
In diesem Papier beschreiben wir ein vergleichsweise einfaches Verfahren für eine kovalente Modifikation Strategie. Angepasst von einem Verfahren PTFE bindungsfähig zu machen, funktionelle Gruppen wurden auf der Materialoberfläche geschaffen, die für eine weitere Konjugation von biologisch aktiven Molekülen als Ankerpunkte dienen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die detaillierte Beschreibung der Oberflächenmodifikationsprotokoll PTFE besteht aus aufeinanderfolgenden Stufen unter Abspaltung von Fluor aus dem Polymergerüst in 6 als dargestellt zu starten. Als Ergebnis wird eine Schicht gebildet, die eine reichliche Menge an konjugierten Kohlenstoff-Kohlenstoff – Doppelbindungen enthält , in gemäß der dunkelbraune Farbe, die auf Naphthalenid Behandlung entwickelt. Standard Oxidation mit sauren Wasserstoffperoxid ergibt eine hydroxylierte Oberfläche durch Auf…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
- 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).
