Kitosan-esaslı enjekte edilebilir Hydrogels ve kendi uygulamasında 3D hücre kültürü hazırlanması
Summary
Burada facile hazırlanması enjekte edilebilir hydrogels kitosan tabanlı dinamik imin kimya kullanarak açıklar. Hidrojel’ın mekanik mukavemeti ve 3D hücre kültürü kendi uygulamasında ayarlamak için yöntemleri sunulmaktadır.
Abstract
Protokol kitosan tabanlı hydrogels dinamik imin kimya kullanarak hazırlamak için facile, verimli ve çok yönlü bir yöntem sunuyor. Hidrojel çözümleri glikol kitosan, sentezlenmiş benzaldehyde sonlandırıldı polimer gelator ile karıştırılarak hazırlanır ve hydrogels verimli bir şekilde oda sıcaklığında birkaç dakika içinde elde edilir. Glikol kitosan, polimer gelator ve su içeriği arasında değişen oranlarda tarafından farklı jelleşme kez ve sertliği ile çok yönlü hydrogels elde edilir. Zarar görmüş, hidrojel onun Görünüşe ve modülü, dinamik imin Tahvil reversibility crosslinkages olarak nedeniyle kurtarabilirsiniz. Kendi kendine healable bu özellik hidrojel enjeksiyon işleminden sonra sıkılmış parçaları bir ayrılmaz toplu hidrojel kendi kendine iyileşmiş olabilir bu yana enjekte edilebilir olmasını sağlar. Hidrojel da çok farklı denge durumları dinamik imin Tahvil nedeniyle birçok biyo-aktif uyaranlara cevap veriyor. Bu hidrojel biyo uyumlu doğrulandı ve L929 fare fibroblast hücreleri katıştırılmış aşağıdaki Standart prosedürler ve Hücre proliferasyonu kolayca 3D cep ekimi işlemi tarafından değerlendirildi. Hidrojel farklı araştırma nerede bir 3D çevre hücreler için fizyolojik bir taklit kazançlı için ayarlanabilir bir platform sunar. Çok duyarlı, kendi kendine healable ve enjekte edilebilir özellikleri ile birlikte, hydrogels potansiyel olarak uyuşturucu ve gelecekteki bio-tıbbi uygulamalar hücrelerde birden çok taşıyıcıları olarak uygulanabilir.
Introduction
Hydrogels çapraz polimer malzemeler büyük miktarda su ve yumuşak mekanik özellikleri ile ve birçok bio-tıbbi uygulamalar1,2‘ kullanılmıştır. Hydrogels hücreleri içinde vivoiçin fizyolojik çevre çok benzer bir yumuşak ve ıslak ortam sunmaktadır. Bu nedenle, hydrogels 3D hücre kültür3,4için en popüler iskele biri haline gelmiştir. 2D Petri kabına hücre kültürü için karşılaştırıldığında, 3D hücre kültürü, microenvironment başvurun ve yayılmasını önleme ve ayırt etme amacıyla5için bir araya hücreler için bir hücre dışı Matriks (ECM) taklit sunmak için hızla ilerlemiştir. Ayrıca, doğal polimerler içeren hydrogels biyo uyumlu ve teşvik ortamları çoğalırlar ve3ayırt etmek için hücreleri için önerebiliriz. Sentetik polimerler elde Hydrogels hayvan kökenli proteinler veya virüs gibi karmaşık etkileri dışlamak onların basit ve net bileşenleri için tercih edilir. Tüm hidrojel adaylar arasında 3D hücre kültürü için kolayca hazırlanır ve tutarlı bir özellik olan hydrogels her zaman tercih edilir. Farklı araştırma gereksinimleri uyacak hidrojel’ın özelliklerini ayarlamak için tesisin iyi6önemlidir.
Burada bir çok yönlü hidrojel platform 3D hücre kültür7için olur dinamik imin kimya kullanarak bir glikol kitosan tabanlı hidrojel facile hazırlanması tanıtmak. Bu yöntemde, iyi bilinen biyo uyumlu glikol kitosan çerçeveler hidrojel’ın ağlar kurmak için kullanılır. Onun amino grupları ile sona benzaldehyde polietilen glikol dinamik imin Tahvil hydrogels8crosslinkages oluşturmak için polimer gelator olarak tepki. Dinamik imin Tahvil formu ve çevresi, hydrogels mekanik olarak ayarlanabilir çapraz ağlar9,10,11ile endowing için geri döndürülebilir ve responsively ayrıştırmak. Yüksek su içeriği, biyo uyumlu malzemeler ve ayarlanabilir mekanik güçlü nedeniyle hidrojel başarıyla 3D hücre kültürü12,13L929 hücreler için bir iskele olarak uygulanır. İletişim kuralı burada polimer gelator sentezi, hidrojel hazırlama, hücre katıştırma ve 3D hücre kültürü çalışmalarının da dahil olmak üzere yordamlar, ayrıntıları.
Hidrojel aynı zamanda birçok diğer özellikleri nedeniyle çok duyarlı çeşitli biyo-uyarıcılara (asit/pH, B6 vitamini türevi piridoksal, protein papain, vb) dahil olmak üzere, hidrojel olabileceğini gösteren onun dinamik imin crosslinkages gösterir fizyolojik şartlarda8altında çürümeye bağlı. Hidrojel hidrojel minimal invaziv enjeksiyon yöntemi ile idare ve uyuşturucu ve hücre teslimatlar14,15dakika sonra bir avantaj Yani kendi kendine healable ve enjekte edilebilir, da. Hidrojel işlevsel katkı maddeleri veya belirli önceden tasarlanmış polimer gelators ekleyerek, manyetik, sıcaklık, pH duyarlı, hangi yerine vb16,17, gibi belirli özellikleri kazanıyor için uyumlu bir araştırma gereksinimleri çok çeşitli. Bu özellikleri bir enjekte edilebilir olmak potansiyel kapasite hidrojel’ın uyuşturucu ve hücreler içinde in vitro ve in vivo bio-Medikal araştırma ve uygulamalar için birden fazla taşıyıcıları ortaya koyuyor.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu Protokolü (şekil 1) sunulan hidrojel iki ana bileşenden oluşur: doğal polimer glikol chitosan ve sentetik bir benzaldehyde sona polimer gelator DF PEG, hangi her iki Biyouyumlu malzemelerdir. DF PEG sentezi bir tek adımlı değişiklik tepki kullanılarak sunulur. Moleküler ağırlık 4.000 PEG bu protokol çözünürlük, değişiklik verimliliği gibi hidrojel sertlik endişelerini için seçildi. Hydrogels ile farklı mekanik güçlü bir dizi hazırlanan kullanarak farklı kat?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma Ulusal Bilim Vakfı Çin tarafından (21474057 ve 21604076) destek verdi.
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 |
Riferimenti
- Hoffman, A. S. Hydrogels for biomedical applications. Adv. Drug. Deliver. Rev. 64, 18-23 (2012).
- Seliktar, D. Designing cell-compatible hydrogels for biomedical applications. Science. 336 (6085), 1124-1128 (2012).
- Tibbitt, M. W., Anseth, K. S. Hydrogels as extracellular matrix mimics for 3D cell culture. Biotechnol. Bioeng. 103 (4), 655-663 (2009).
- Sawicki, L. A., Kloxin, A. M. Light-mediated Formation and Patterning of Hydrogels for Cell Culture Applications. J. Vis. Exp. (115), (2016).
- Haycock, J. W. 3D cell culture: a review of current approaches and techniques. 3D Cell Culture: Methods and Protocols. , 1-15 (2011).
- Breslin, S., O’Driscoll, L. Three-dimensional cell culture: the missing link in drug discovery. Drug. Discov. Today. 18 (5), 240-249 (2013).
- Yang, B., et al. Facilely prepared inexpensive and biocompatible self-healing hydrogel: a new injectable cell therapy carrier. Polym. Chem. 3 (12), 3235-3238 (2012).
- Zhang, Y., Tao, L., Li, S., Wei, Y. Synthesis of multiresponsive and dynamic chitosan-based hydrogels for controlled release of bioactive molecules. Biomacromolecules. 12 (8), 2894-2901 (2011).
- Cao, L., et al. An injectable hydrogel formed by in situ cross-linking of glycol chitosan and multi-benzaldehyde functionalized PEG analogues for cartilage tissue engineering. J. Mater. Chem. B. 3 (7), 1268-1280 (2015).
- Ding, F., et al. A dynamic and self-crosslinked polysaccharide hydrogel with autonomous self-healing ability. Soft Matter. 11 (20), 3971-3976 (2015).
- Wei, Z., et al. Self-healing gels based on constitutional dynamic chemistry and their potential applications. Chem. Soc. Rev. 43 (23), 8114-8131 (2014).
- Li, Y., et al. Modulus-regulated 3D-cell proliferation in an injectable self-healing hydrogel. Colloid. Surface. B. 149, 168-173 (2017).
- Tseng, T. C., et al. An Injectable, Self‐Healing Hydrogel to Repair the Central Nervous System. Adv. Mater. 27 (23), 3518-3524 (2015).
- Yu, L., Ding, J. Injectable hydrogels as unique biomedical materials. Chem. Soc. Rev. 37 (8), 1473-1481 (2008).
- Yang, L., et al. Improving Tumor Chemotherapy Effect by Using an Injectable Self-healing Hydrogel as Drug Carrier. Polym. Chem. , (2017).
- Zhang, Y., et al. A magnetic self-healing hydrogel. Chem. Commun. 48 (74), 9305-9307 (2012).
- Zhang, Y., et al. Synthesis of an injectable, self-healable and dual responsive hydrogel for drug delivery and 3D cell cultivation. Polym. Chem. 8 (3), 537-534 (2017).
- Yang, C., Tibbitt, M. W., Basta, L., Anseth, K. S. Mechanical memory and dosing influence stem cell fate. Nat. Mater. 13 (6), 645-652 (2014).
- Geerligs, M., Peters, G. W., Ackermans, P. A., Oomens, C. W., Baaijens, F. Linear viscoelastic behavior of subcutaneous adipose tissue. Biorheology. 45 (6), 677-688 (2008).
- Banerjee, A., et al. The influence of hydrogel modulus on the proliferation and differentiation of encapsulated neural stem cells. Biomaterials. 30 (27), 4695-4699 (2009).
- Benoit, D. S., Schwartz, M. P., Durney, A. R., Anseth, K. S. Small functional groups for controlled differentiation of hydrogel-encapsulated human mesenchymal stem cells. Nat. Mater. 7 (10), 816-823 (2008).
