야누스 베이스 나노튜브와 줄기 세포 접착을 위한 섬유네틴을 갖춘 바이오미메틱 나노 매트릭스의 제조
Summary
이 프로토콜의 목표는 야누스 염기 나노튜브(JBNT)와 섬유네틴(FN)을 가진 생물미메틱 나노매트릭스(NM)의 조립을 보여주는 것이다. 인간 중간엽 줄기 세포(hMSC)와 공동 배양할 때, NM은 hMSCs 접착을 장려하는 우수한 생체 활성을 나타낸다.
Abstract
생체 모방 NM은 줄기 세포 앵커리지를 향상시킬 수 있는 조직 공학 생물학적 스캐폴드로 개발되었습니다. 생체 모방 NM은 수성 용액의 자체 조립을 통해 JBNT및 FN에서 형성됩니다. JBNT는 내부 소수성 중공 채널과 외부 친성 성 표면으로 길이 200-300 μm을 측정합니다. JBNT는 양수 충전되며 FN은 음수 로 충전됩니다. 따라서 중립 수성 용액에 주입하면 비일관성 결합을 통해 결합되어 NM 번들을 형성합니다. 자체 조립 공정은 화학 개시기, 열원 또는 자외선 없이 몇 초 이내에 완료됩니다. NM 솔루션의 pH가 FN(pI 5.5-6.0)의 등광점보다 낮으면, NM 번들은 양전하 FN의 존재로 인해 자체 방출됩니다.
NM은 세포외 매트릭스 (ECM)를 형태학적으로 모방하는 것으로 알려져 있으므로 hMSC 접착력을 향상시키는 우수한 플랫폼을 제공하는 주사용 스캐폴드로 사용할 수 있습니다. 세포 밀도 분석 및 형광 이미징 실험은 NM이 음의 대조군과 비교하여 hMSC의 앵커리지를 크게 증가시켰다는 것을 나타냈다.
Introduction
인간 중간엽 줄기 세포(hMSC)는 조직1의재생 및 유지에 도움이 되는 다른 중간엽 혈통을 따라 자가 재생 및 자가 분화의 잠재력을 보여주었습니다. 분화 잠재력에 기초하여, hMSC는 중간 엽 조직 상해 및 조혈 장애 치료2에대한 후보로 간주됩니다. hMSC는 조직 수리, 혈관 신생, 염증 감소3을증가시켜 상처 치유를 촉진하는 능력을 보여주었습니다. 그러나 생화학적 또는 생체 재료 의 지원 없이, hMSC가 표적 조직에 도달하고 원하는 위치에서 기능하는 효율은 낮다4. 병변을 고수하기 위해 hMSC를 유치하기 위해 다양한 엔지니어링 스캐폴드가 활용되었지만, 긴 뼈 의 중간에 있는 성장판 골절과 같은 일부 부위는 기존의 사전 제작 된 비계로 쉽게 접근 할 수 없으며 불규칙한 모양의 부상 부위에 완벽하게 맞지 않을 수 있습니다.
여기서, 우리는 그 자리에서 스스로 조립하고 표적 영역에 도달하기 어려운 주입할 수 있는 생체 모방 나노 물질을 개발했습니다. 주사용 바이오 스캐폴드 NM은 야누스 염기 나노튜브(JBNT)와 섬유네틴(FN)으로 구성된다. 또한 로제트 나노 튜브 (RNTs)로 알려진 JBNTs는 DNA 기본 쌍, 특히 티민과 아데닌, 여기에5,6,7에서파생됩니다. 도 1에서볼 수 있듯이, 나노튜브는 유래 된 DNA 염기의 6 분자가 수소 결합을 통해 자가 조립하여 비행기6을형성할 때 형성된다. 6개의 분자는 그 때 길이200-300 μm까지 할 수 있는 강한 pi-stacking 상호 작용7을통해 평면에 서로 적층됩니다. JBNT는 FN이 그들과 반응할 수 있도록 형태학적으로 콜라겐 섬유를 모방하도록 설계되었습니다.
FN은 세포외 매트릭스(ECM)9에서발견될 수 있는 고분자 성 접착제 당단백질이다. 이들은 ECM의 다른 성분, 특히 콜라겐10의다른 성분에 줄기 세포의 부착을 중재할 수 있다. 우리는 JBNT를 형태학적으로 모방하여 FN이 비동적 결합을 통해 몇 초 안에 NM을 형성할 수 있도록 설계했습니다. 따라서, NM은 기존의 제조된 스캐폴드에 의해 접근할 수 없었던 뼈 골절 부위에 주입되는 유망한 바이오 스캐폴드이다. 여기서, 주 사용 NM은 시험관 내에서 hMSC 앵커리지를 향상시키는 우수한 능력을 제시, 조직 재생을위한 발판으로 봉사 할 수있는 자신의 잠재력을 전시.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 연구에서는 DNA에서 영감을 얻은 JBNT와 FN으로 형성된 자체 조립 된 생체 Mimetic NM을 개발했습니다. JBNT 용액을 준비할 때, PBS가 조립을 억제하는 JBNT의 응집을 유발하기 때문에 JBNT 리오필화 분말은 PBS 대신 물에 용해되어야 합니다. 또한, NM은 PBS의 염이 NM 섬유와 번들되기 때문에 NM의 나노 피브릴 구조를 관찰하려는 경우에도 물로 조립되어야 하며, 이는 이미지의 해상도를 크게 감소시킬 수 있?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 NIH (보조금 1R01AR072027-01, 1R03AR069383-01), NSF 경력 상 (1653702) 및 코네티컷 대학에 의해 재정적으로 지원됩니다.
Materials
| 1,2-dichloroethane | Alfa Aesar | 39121 | |
| 2-cyanoacetic acid | Sigma-Aldrich | C88505 | |
| 4-Dimethylaminopyridine | TCI America | D1450 | |
| 8 wells Chambered Coverglass | Thermo Fisher | 155409 | |
| 96-well plate | Corning | 353072 | |
| absolute ethanol | Thermo Fisher | BP2818500 | |
| acetone | Sigma-Aldrich | 179124 | |
| acetonitrile | Sigma-Aldrich | 34851 | |
| allylamine | Sigma-Aldrich | 145831 | |
| Basic Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC32G | |
| citric acid | Sigma-Aldrich | 251275 | |
| concentrated hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | H1758 | |
| Deionized water | Thermo Fisher | 15230147 | |
| dichloromethane | Sigma-Aldrich | 270997 | |
| diethyl ether | Sigma-Aldrich | 296082 | |
| Di-tert-butyl dicarbonate | Sigma-Aldrich | 361941 | |
| ethyl acetate | Sigma-Aldrich | 319902 | |
| ethylcarbamate | Sigma-Aldrich | U2500 | |
| Fibronectin | Thermo Fisher | PHE0023 | |
| Fixative Solution (4 % formaldehyde prepared in PBS) | Thermo Fisher | R37814 | |
| guanidinium hydrochloride | Alfa Aesar | A13543 | |
| hexanes | Sigma-Aldrich | 227064 | |
| Human mesenchymal stem cells | Lonza | PT-2501 | |
| methanol | Sigma-Aldrich | 34860 | |
| methyl iodide | Sigma-Aldrich | 289566 | |
| N,N-Diisopropylethylamine | Alfa Aesar | A17114 | |
| N,N-dimethylformamide | Sigma-Aldrich | 227056 | |
| N-Methylmorpholine N-oxide | Alfa Aesar | A19802 | |
| Osmium tetraoxide | Alfa Aesar | 45385 | |
| Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher | 15140163 | |
| Phosphate Buffer Solution | Thermo Fisher | 20012050 | |
| phosphoryl chloride | Sigma-Aldrich | 201170 | |
| potassium carbonate | Sigma-Aldrich | 347825 | |
| reverse phase column | Thermo Fisher | 25305-154630 | |
| Rhodamine Phalloidin | Thermo Fisher | R415 | |
| silica gel | TCI America | S0821 | |
| sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | S6014 | |
| sodium ethoxide | Alfa Aesar | L13083 | |
| sodium periodide | Sigma-Aldrich | 71859 | |
| sodium sulfate | Sigma-Aldrich | 239313 | |
| sodium sulfite | Sigma-Aldrich | S0505 | |
| sodium triacetoxyborohydride | Alfa Aesar | B22060 | |
| spectrophotometer(NanoDrop One/Oneᶜ UV-Vis) | Thermo Fisher | ND-ONE-W | |
| Stem Cell Growth Medium BulletKit | Lonza | PT-3001 | |
| tetrahydrofuran | Sigma-Aldrich | 401757 | |
| thioanisole | Sigma-Aldrich | T28002 | |
| toluene | Sigma-Aldrich | 179418 | |
| triethylamine | Alfa Aesar | A12646 | |
| trifluoroacetic acid | Alfa Aesar | A12198 | |
| Triton X-100 | Thermo Fisher | HFH10 | |
| Trypsin-EDTA solution | Thermo Fisher | 25200056 |
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