Denne studien viser en metode for å fremstille 3D, biologisk nedbrytbare, skumlignende cellestillasene basert på biokompatible sidekjede flytende krystall-elastomerer (LCEs). Konfokalmikroskopi forsøk viser at skumlignende LCEs at cellene skulle feste, proliferasjon, og den spontane innretting av C2C12s myoblaster.
Her presenterer vi en trinn-for-trinn fremstillingen av en 3D, bionedbrytbar, skumlignende celle stillaset. Disse stillaser ble fremstilt ved tverrbinding av stjerne-blokk-kopolymerer Med kolesterolheter som sidekjede utstikkende grupper, noe som resulterer i smektisk A-(SMA) med flytende krystall-elastomer (LCEs). Skumlignende stillaser, fremstilt ved anvendelse av metallrammer, har innbyrdes forbundne mikrokanaler, noe som gjør dem egnet som 3D-cellekultur stillaser. De kombinerte egenskapene til den vanlige struktur av metallskum og av elastomeren resultat i et 3D-celle stillas som fremmer ikke bare høyere celleproliferasjon sammenlignet med konvensjonelle porøse malbasert filmer, men også bedre styring av massetransport (dvs. næringsstoffer, gasser, avfalls , etc.). Naturen av metall malen gir en enkel manipulering av skum former (dvs. ruller eller filmer) og for fremstilling av stillaser med forskjellige porestørrelser for forskjellige cellestudier og samtidig bevare interconnected porøse natur av malen. Etseprosessen har ingen innvirkning på kjemien av elastomerene, bevare deres biokompatible og biologisk nedbrytbare natur. Vi viser at disse smektiske LCEs, når dyrket for omfattende tidsperioder, aktiverer studier av klinisk relevante og komplekse vev konstruerer mens fremme vekst og spredning av celler.
Det er flere eksempler på biologiske og biokompatible syntetiske materialer beregnet for anvendelse i cellestudier og for vevsregenerering sikte på celleadhesjon og celleformering 1, 2, 3, 4, 5. Det har vært noen få eksempler på biokompatible materialer, kjent som flytende krystall elastomerer (LCEs), som kan reagere på ytre stimuli med anisotropisk molekyl bestilling 6, 7. LCEs er stimuli-responsive materialer som kombinerer mekaniske og elastiske egenskaper for elastomerer med optisk funksjonalitet og molekyl ordning av flytende krystaller 8, 9. LCEs kan oppleve endringer i form, mekanisk deformasjon, elastisk oppførsel, og optiske egenskaper som respons på ytre stimuli (f.eks., varme, stress, lys, etc.) 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16. Tidligere studier har vist at flytende krystaller (LCS) kan ane vekst og orientering av celler 4, 17. Det er mulig deretter å anta at LCEs kan være egnet for biologisk og medisinsk relevant applikasjoner, inkludert celle stillas og innretting. Vi har tidligere rapportert fremstillingen av smektiske biokompatible, bionedbrytbare, cast-formete, og tynne LCEs filmer med en "Swiss-ostetype" porøs morfologi 6, 18. Vi har også fremstilt nematiske biokompatible LCEs med kuleformede morfologi som stillas for cellevekst 19 <sup> 20. Vårt arbeid var rettet mot tuning de mekaniske egenskapene til materialer for å matche de av vevet av interesse 21. Også disse studier fokuserer på å forstå elastomer-celleinteraksjoner, så vel som den cellulære reaksjonen når elastomerene er utsatt for eksterne stimuli.
De største utfordringene ble delvis å skreddersy porøsiteten til LCEs for å gi rom for cellebinding og gjennomtrengning gjennom det elastomere matrise og for bedre massetransport. Porøsiteten av disse tynne filmer 6 er tillatt for cellegjennomtrengning gjennom hoveddelen av matrisen, men ikke alle porer var fullstendig innbyrdes forbundet, eller hadde en mer vanlig (homogen) er porestørrelsen. Vi rapporterte på biokompatible nematiske LCE elastomerer med kule morfologi. Disse nematisk elastomerer er tillatt for festing og formering av celler, men porestørrelsen varierte bare 10-30 um, som hindret eller begrenset bruken av disseelastomerer med et bredere utvalg av cellelinjer 19, 20.
Tidligere arbeid av Kung et al. i forbindelse med dannelsen av graphene skum ved anvendelse av en "offer" metall mal viste at det oppnådde graphene Skummet hadde en meget vanlig porøs morfologi bestemt av det valgte metall malen 22. Denne metodikken gir full kontroll av porøsitet og pore størrelse. På samme tid, formbarhet og fleksibilitet av metallet malen muliggjøre dannelse av annen mal former før skumfremstilling. Andre teknikker, slik som materiale utvasking 23, gass sjablonmiddel 24, eller elektro-spunnet fiber 25, 26 har også potensialet for fremstilling av porøse materialer, men de er mer tidkrevende og, i noen tilfeller, er porestørrelsen begrenset til bare noen få mikrometer. skum-lignende 3D LCEs fremstilt ved anvendelse av metall-maler tillate en høyere celle belastning; en forbedret spredning hastighet; co-dyrkning; og, sist men ikke minst, bedre massetransport management (dvs. næringsstoffer, gasser og avfall) sikre full vev utvikling 27. Skum-lignende 3D LCEs synes også å forbedre celle justering; Dette er mest sannsynlig i forhold til de LC anheng avføler cellevekst og celle orientering. Tilstedeværelsen av LC grupper innenfor LCE ser ut til å forbedre celle innretting med hensyn til celle sted inne i LCE stillaset. Celler justeres innenfor avstiverne av LCE, mens ingen klar orientering observeres hvor stiverne går sammen (kryss) 27.
Samlet vår LCE celle stillasgulv som en celle-støttemedium gir muligheter for å justere elastomer morfologi og elastiske egenskaper og for spesifikt å styre innrettingen av (enkelt) celletyper for å skape en ordnet, romlige arrangementer of celler som ligner på levende systemer. Bortsett fra å tilveiebringe et stillas i stand til å støtte og lede langvarig cellevekst og proliferasjon, LCEs også tillate dynamiske eksperimenter, hvor cellen orientering og interaksjoner kan modifiseres på fly.
Flytende krystallinske elastomerer har nylig blitt studert som biokompatible cellestillasene på grunn av deres reaksjonsevne stimuli. De har vist seg å være ideelle plattformer som celle stillaser. Men en viktig faktor å huske på når du forbereder og utforme en ny LCE stillaset er porøsitet. Inkorporeringen av utlutbare faststoffer 23 eller gasser ikke alltid resulterer i homogen porøsitet eller fullstendig innbyrdes forbundet porer. Bruken av et metall mal som kan være etset seg ikke ba…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne ønsker å takke Kent State University (forskningssamarbeid stipend og støtte for Regenerative Medicine Initiative ved Kent State – ReMedIKS) for økonomisk støtte fra dette prosjektet.
1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane | Alfa Aesar | L16606 | Silanizing agent |
2-bis(4-hydroxy-cyclohexyl)propane | TCI | B0928 | Reagent |
2-chlorohexanone | Alfa Aesar | A18613 | Reagent |
2-heptanone | Sigma Aldrich | W254401 | Solvent |
2-propanol | Sigma Aldrich | 278475 | Solvent |
3-chloroperbenzoic acid, m-CPBA | Sigma Aldrich | 273031 | Reagent |
4-dimethylaminopyridine | Alfa Aesar | A13016 | Reagent |
4',6-diamidino-2-phenylindole, DAPI | Invitrogen | D1306 | Nuclear Stain |
5-hexynoic acid | Alfa Aesar | B25132-06 | Reagent |
Acetic acid | VWR | 36289 | Solvent |
Acetone | Sigma Aldrich | 34850 | Solvent |
Alcohol 200 proof ACS Grade | VWR | 71001-866 | Reagent |
Benzene | Alfa Aesar | AA33290 | Solvent |
ε-caprolactone | Alfa Aesar | A10299-0E | Reagent |
Chloroform | VWR | BDH1109 | Solvent |
Cholesterol | Sigma Aldrich | C8503 | Reagent |
Chromium(VI) oxide | Sigma Aldrich | 232653 | Reagent |
Copper (I) iodide | Strem Chemicals | 100211-060 | Reagent |
D,L-Lactide | Alfa Aesar | L09026 | Reagent |
Dichloromethane | Sigma Aldrich | 320269 | Solvent |
Diethyl ether | Emd Millipore | EX0190 | Solvent |
N,N-Dimethylformamide | Sigma Aldrich | 270547 | Solvent |
Dulbecco’s modified Eagle medium, DEME | CORNING Cellgo | 10-013 | Cell Media |
Ethanol | Alfa Aesar | 33361 | Solvent |
Formaldehyde | SIGMA Life Science | F8775 | Fixative |
Fetal bovine serum, FBS | HyClone | SH30071.01 | Media Component |
Filter paper, Grade 415, qualitative, crepe | VWR | 28320 | Filtration |
Glycerol | Sigma Aldrich | G5516 | Central node (3-arm) |
Hexamethylene diisocyanate, HDI | Sigma Aldrich | 52649 | Crosslinker |
Iron(III) chloride | Alfa Aesar | 12357 | Etching agent |
Isopropyl alcohol | VWR | BDH1133 | Solvent |
Methanol | Alfa Aesar | L13255 | Solvent |
N,N'-dicyclohexylcarbodiimide | Aldrich | D80002 | Solvent |
N,N-Dimethylformamide | Sigma Aldrich | 270547 | Solvent |
Nickel metal template | American Elements | Ni-860 | Foam template |
Neuroblastomas cells (SH-SY5Y) | ATCC | CRL-2266 | Cell line |
Penicillin streptomycin | Thermo SCIENTIFIC | 15140122 | Antibiotics |
Polyethylene glycol 2000, PEG | Alfa Aesar | B22181 | Reagent |
Sodium azide | VWR | 97064-646 | Reagent |
Sodium bicarbonate | AMRESCO | 865 | Drying salt |
Sodium chloride | BDH | BDH9286 | Drying salt |
Sodium phosphate dibasic heptahydrate | Fisher Scientific | S-374 | Drying salt |
Sodium phosphate monobasic monohydrate | Sigma Aldrich | S9638 | Drying salt |
Sodium sulfate | Sigma Aldrich | 239313 | Drying salt |
Tetrahydrofuran | Alfa Aesar | 41819 | Solvent |
Thiosulfate de sodium | AMRESCO | 393 | Drying salt |
Tin(II) 2-ethylhexanoate | Aldrich | S3252 | Reagent |
Toluene | Alfa Aesar | 22903 | Solvent |
Triethylamine | Sigma Aldrich | 471283 | Reagent |
Trypsin | HyClone | SH30042.01 | Cell Detachment |
Olympus FV1000 |