Vorbereitung der Chitosan-basierten injizierbaren Hydrogele und deren Anwendung in 3D Zellkultur
Summary
Hier beschreiben wir eine einfache Zubereitung von Chitosan-basierten injizierbaren Hydrogele mit dynamischen Imin Chemie. Methoden der Hydrogel mechanische Festigkeit und seine Anwendung in 3D Zellkultur anpassen werden vorgestellt.
Abstract
Das Protokoll stellt eine einfache, effiziente und vielseitige Methode um Chitosan-basierte Hydrogele mit dynamischen Imin Chemie vorzubereiten. Das Hydrogel wird durch das Mischen von Lösungen von Glykol Chitosan mit einem synthetisierten Benzaldehyd beendet Polymer Geliermittel vorbereitet und Hydrogele werden effizient in einigen Minuten bei Raumtemperatur erhalten. Durch unterschiedliche Verhältnisse zwischen Glykol Chitosan, Polymer Geliermittel und Wassergehalten ergeben sich vielseitige Hydrogele mit verschiedenen Gelierung Zeiten und Steifigkeit. Wenn beschädigt, kann das Hydrogel seine Auftritte und e-Modul durch die Reversibilität der dynamischen Imin Anleihen als Crosslinkages wiederherstellen. Diese selbst heilbar Eigenschaft ermöglicht das Hydrogel zu injizierbaren sein, da es nach dem Spritzvorgang selbst geheilt aus gepressten Stücke zu einer integralen Bulk-Hydrogel. Das Hydrogel ist auch Multi-reagiert auf viele bioaktive Reize durch unterschiedliche Gleichgewichtherstellung Status der dynamischen Imin Anleihen. Dieses Hydrogel wurde als biokompatibel, bestätigt und L929 Maus-Fibroblasten-Zellen waren eingebettete folgende standard-Verfahren und die Zellproliferation wurde leicht durch eine 3D Zellprozess Anbau beurteilt. Hydrogel bieten eine verstellbare Plattform für verschiedene Forschung, wo eine physiologische Imitation einer 3D-Umgebung für Zellen profitiert wird. Zusammen mit seiner Multi-reagieren, selbst heilbar und injizierbaren Eigenschaften kann die Hydrogele potenziell als mehrere Träger für Medikamente und Zellen in zukünftigen biomedizinischen Anwendungen angewendet werden.
Introduction
Hydrogele sind vernetzte Polymerwerkstoffe mit großen Mengen an Wasser und weichen mechanischen Eigenschaften, und sie haben in vielen Bio-medizinischen Anwendungen1,2benutzt worden. Hydrogele bieten eine weiche und feuchte Umgebung, die sehr zu den physiologischen Umgebung für Zellen in Vivo ähnlich. Hydrogele sind daher eines der beliebtesten Gerüste für 3D Zelle Kultur3,4geworden. Im Vergleich zu 2D Petrischale Zellkultur, hat 3D Zellkultur schnell avancierte um zu bieten, dass eine extrazelluläre Matrix (ECM) ahmte Mikroumgebung für Zellen zu kontaktieren und für Proliferation und Differenzierung Zwecke5montieren. Darüber hinaus könnte Hydrogele, enthält natürliche Polymere bieten ein Umfeld, biokompatibel und Förderung für Zellen zu vermehren und3unterscheiden. Hydrogele aus synthetischen Polymeren abgeleitet werden bevorzugt für ihre einfachen und klaren Komponenten, die komplexen Einflüsse wie Proteine tierischen Ursprungs oder Viren auszuschließen. Unter all den Hydrogel-Kandidaten für 3D Zellkultur werden Hydrogele, die sind einfach vorbereitet und verfügen über eine einheitliche Eigenschaft immer bevorzugt. Die Anlage der Hydrogel Eigenschaften verschiedenen Anforderungen anpassen anpassen ist wichtig wie gut6.
Hier stellen wir eine einfache Vorbereitung ein Glykol Chitosan basierenden Hydrogel mit dynamischen Imin-Chemie, die eine vielseitige Hydrogel-Plattform für 3D Zelle Kultur7wird. Bei dieser Methode bekannte biokompatible Glykol Chitosan werden verwendet, um Bilder der Hydrogel-Netzwerke zu etablieren. Die Aminogruppen werden als Polymer Geliermittel, dynamische Imin Anleihen als Crosslinkages Hydrogele8zu bilden mit einem Benzaldehyd beendet Polyethylenglykol reagiert. Dynamische Imin Anleihen können bilden und zersetzen reversibel und entgegenkommend, Umgebung, stiften die Hydrogele mit mechanisch verstellbaren querverbunden Netzwerke9,10,11. Aufgrund seiner hohen Wassergehalten, biokompatible Materialien und einstellbare mechanische Festigkeiten wird das Hydrogel als Gerüst für L929 Zellen in 3D Zelle Kultur12,13erfolgreich eingesetzt. Das Protokoll hier beschreibt die Verfahren, einschließlich der Polymersynthese Geliermittel, Hydrogel Vorbereitung Zelle einbetten und 3D Zelle zu züchten.
Das Hydrogel zeigt auch einige andere Funktionen aufgrund seiner dynamischen Imin-Crosslinkages, einschließlich seiner Multi-reagieren auf verschiedene Bio-Reize (Säure/pH, Derivative Vitamin B6 Pyridoxal, Protein Papain, etc.), darauf hinweist, dass das Hydrogel sein könnte unter physiologischen Bedingungen8zersetzen induziert. Das Hydrogel ist auch selbst heilbar und injizierbare, was bedeutet das Hydrogel könnte über eine minimal invasive Injektion Methode verwaltet werden und einen Vorteil in der Drogen- und Zelle Lieferungen14,15. Indem funktionelle Additive oder bestimmte vordefinierte Polymer Gelatoren Hydrogel ist kompatibel zur Gewinnung von spezifischen Eigenschaften wie magnetisch, Temperatur, pH-Wert reagieren, etc.16,17, die zu erfüllen, könnte ein breite Palette von Forschungsbedarf. Diese Eigenschaften zeigen das Hydrogel potentielle Fähigkeit, eine injizierbare werden mehrere Träger für Medikamente und Zellen in Vitro und in Vivo biomedizinische Forschung und Anwendungen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Hydrogel präsentiert in diesem Protokoll (Abbildung 1) besteht aus zwei Hauptkomponenten: natürliches Polymer Glykol Chitosan und synthetischen Benzaldehyd beendet Polymer Geliermittel DF PEG, die beide biokompatible Werkstoffe sind. Synthese von DF PEG wird vorgestellt mit einer einstufigen Modifikation Reaktion. PEG Molekulargewicht 4.000 wurde dieses Protokoll in Belange der Löslichkeit, Änderung Effizienz sowie Hydrogel Steifigkeit gewählt. Eine Reihe von Hydrogele mit unterschi…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde von der National Science Foundation of China (21474057 und 21604076) unterstützt.
Materials
| Glycol chitosan | Wako Pure Chemical Industries | 39280-86-9 | 90% degree of deacetylation |
| 4-Carboxybenzaldehyde | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 619-66-9 | 99% |
| N, N'-dicyclohexylcarbodiimide | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 538-75-0 | 99% |
| Calcium chloride anhydrous | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 10043-52-4 | 96% |
| 4-dimethylamiopryidine | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 1122-58 | 99% |
| Polyethyleneglycol | Sino-pharm Chemical Reagent | 5254-43-7 | 99% |
| Tetrahydrofuran | Sino-pharm Chemical Reagent | 109-99-9 | 99% |
| Toluene | Sino-pharm Chemical Reagent | 108-88-3 | 99% |
| Ethyl ether | Sino-pharm Chemical Reagent | 60-29-7 | 99% |
| Acetic acid | Sino-pharm Chemical Reagent | 64-19-7 | 99% |
| Anhydrous CaCl2 | Sino-pharm Chemical Reagent | 10043-52-4 | 99% |
| Fluorescein diacetate | Sigma | 596-09-8 | 99% |
| Propidium iodide | Sigma | 25535-16-4 | 94% |
| RPMI-1640 culture media | Gibco | ||
| Fetal bovine serum | Gibco | ||
| Trypsin-EDTA | Gibco | 0.25% | |
| PBS | Solarbio | 0.01 M | |
| Penicillin streptomycin solution | Hyclone | 10,000 U/mL | |
| Rheometer | TA Instrument | AR-G2 | |
| Confocal microscope | Zeiss | 710-3channel | |
| L929 Cells | ATCC | NCTC clone 929; L cell, L929, derivative of Strain L | |
| Evaporator | EYELA | N-1100 | |
| 48 guage needle | ShanghaiZhiyu Medical Material Co., LTD | 48-guage | |
| Microscope | Leica | DM3000 B | |
| Microscope software | Imaris | ||
| Heat gun | Confu | KF-5843 | |
| Petri dish | NEST |
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