Dieser Artikel stellt eine einfache Methode zur Bereitstellung von nicht-kontinuierlichen gradienter statische Belastungen auf eine konzentrische Zelle beladenen Hydrogel, Ausrichtung der Zellen für das Tissue Engineering zu regulieren.
Künstliche Anleitung für zelluläre Ausrichtung ist ein heißes Thema im Bereich des Tissue Engineering. Die meisten der bisherigen Forschung untersuchte einzelne Stamm-induzierte zellulären Ausrichtung auf eine Zelle beladenen Hydrogel mithilfe von komplexen Versuchsabläufe und Masse Controllingsystemen, die in der Regel verbunden mit Verunreinigung Probleme sind. Daher schlagen wir in diesem Artikel einen einfachen Ansatz zum Aufbau einer Gradienten statische Belastung mit einem fluidische Chip mit einer Kunststoffabdeckung PDMS und ein UV-transparentem Glas-Substrat für die Stimulation der zellulären Verhalten in einem 3D Hydrogel. Überlastung Foto-patternable Zelle Prepolymer in der fluidische Kammer erzeugen eine konvexe gekrümmte PDMS-Membran auf dem Cover. Nach UV-Vernetzung durch eine konzentrische kreisförmige Micropattern unter dem geschwungenen PDMS-Membran und Puffer waschen, eine Mikroumgebung für Ermittlungsbehörden Zelle Verhalten unter einer Vielzahl von gradient Stämme ist selbst in einem einzigen fluidische Chip, ohne externe Instrumente etabliert. NIH3T3 Zellen wurden demonstriert, nachdem er beobachtet die Veränderung der zellulären Ausrichtung Trend unter Leitung der Geometrie, in Zusammenarbeit mit Belastung Stimulation, die von 15-65 % auf Hydrogele variiert. Nach einer 3-tägigen Inkubation dominiert die Hydrogel-Geometrie die Zellausrichtung unter niedrigen Druckspannung, wo Zellen entlang Richtung Hydrogel Dehnung unter hoher Druckspannung ausgerichtet. Zwischen diesen zeigten die Zellen zufällige Ausrichtung durch die Dissipation der radikalen Leitlinien Hydrogel Dehnung und die Geometrie-Führung der gemusterten Hydrogel.
Dienen als ein Blockmaterial, das eine native Mikroumgebung imitiert, kann ein Hydrogel, die extrazellulären Matrix (ECM) enthalten biomimetische Gewebe Gerüste um Zellwachstum zu unterstützen wieder aufzubauen. Um die Funktionen eines Gewebes besitzen, ist organisierte Zellenausrichtung eine wesentliche Voraussetzung. Verschiedene 2D (d. h. Zellen kultiviert auf einer Oberfläche) und 3D (d. h. Zellen in einem Hydrogel gekapselt) Zelle Achsen durch Kultivierung oder Zellen in oder auf flexiblen Substraten mit Micro Kapseln erreicht wurden- oder Nano-Muster1. 3D Zellausrichtung in Mikroarchitektur ist attraktiver, da die Mikroumgebung näher an der Heimat Gewebe Konstrukt2,3,4. Ein gemeinsames Konzept für 3D Zellenausrichtung ist die geometrische Cue von Hydrogel Form2,3. Aufgrund der Platzverhältnisse für die Zellproliferation in Richtung der kurzen Achse sollen Zellen entlang der langen Achse Richtung in eine Mikro-gemusterten Hydrogel ausrichten. Ein weiterer Ansatz ist die Hydrogele zu Ausrichtung der Zellen parallel zur Strecke Richtung4,5Bruchdehnung zuweisen.
Biophysikalische Stimulation auf ECM Hydrogele, z. B. Druckspannung oder ein elektrisches Feld kann regulieren Zellfunktionen für richtige Gewebeintegration, Proliferation und Differenzierung1,2,3. Viel Forschung wurde durchgeführt, um zelluläre Verhalten zu untersuchen, durch die Anwendung einer Sorte Zustand zu einem Zeitpunkt über mehrere mechanische Steuerung Einheiten4,6,7,8,9. Zum Beispiel die Verwendung von mechanischen Schrittmotoren gequetscht oder gestreckt auf eine 3D Zelle verkapselt Kollagen Hydrogel wurde einen gemeinsamen Ansatz7,10. Jedoch solche Steuerungsvorrichtung erfordert zusätzlichen Platz und sieht sich das Problem der Kontamination in den Inkubator7,9,11,12. Darüber hinaus kann nicht das große Instrument eine präzise Steuerungsumgebung ermöglichen hohe Reproduzierbarkeit13geben.
Da die Zelle beladenen Hydrogele in der Regel auf der Mikro-Skala für biomedizinische Anwendungen beschäftigt sind, ist es vorteilhaft, MEMS Techniken um eine Reihe von Belastung/dehnen Stimulation zur Zelle Verhalten in 3D biomimetische Konstrukte in-vitro-2,14,15,16,17,18gleichzeitig untersuchen zu generieren zu kombinieren. Beispielsweise kann mit Gasdruck um zu verformen die PDMS-Membran in mikrofluidischen Chips zu verschiedenen Stämmen, fahren-Zell-Differenzierung auf verschiedenen Linien9,16führen. Allerdings gibt es viele technische Herausforderungen, wie kompliziert Chip Fertigungsprozesse in ein sauberes Zimmer und die Softwareintegration Steuerung von Motoren, Pumpen, Ventile und komprimierte Gase.
In dieser Arbeit zeigen wir Ihnen eine einfache Methode um eine autarke gradient statische Belastung mikrofluidischen Chip zu erhalten durch den Einsatz einer konzentrische kreisförmige Hydrogel-Muster und einer flexiblen Membran PDMS. Anders als die meisten der vorhandenen Ansätze ist unsere Plattform ein tragbar und Einweg-Miniatur-Gerät, vor einem gelben Zimmer hergestellt werden können und, besitzt selbst generierenden gradient Stämme auf konzentrischen Zelle verkapselt Hydrogele, ohne externe mechanische Ausrüstung während der Inkubation. 3 t 3 Fibroblast Zellen Verhalten beeinflusst durch eine Kombination von Hydrogel-Form und eine Vielzahl von Zug-Stretch Anleitung Hinweise wurden während der Beobachtung der Ausrichtung der Zellen innerhalb von ECM-mimetischen 3D-Umgebungen im Farbverlauf Stamm Chip für 3 Tage gezeigt.
In diesem Beitrag berichten wir über einen einfachen Ansatz, Zelle Ausrichtung Verhalten nach Hydrogel Form Führung und Bruchdehnung zu vergleichen. Eine flexible Membran PDMS schafft eine kuppelförmige Wölbung zur Generierung von unterschiedlichen Höhen der konzentrische kreisförmige Hydrogele. Nach der Veröffentlichung des Drucks, gilt die PDMS-Membran automatisch Kraft für die Mikro-gemusterten Hydrogele gradient Belastung/Dehnung, mit einem Maximum in der Mitte und einem Minimum an der äußeren Grenze bilden…
The authors have nothing to disclose.
Dieses Projekt wurde durch die Graduate Student Studium im Ausland Programm (NSC-101-2917-I-007-010) unterstützt; die biomedizinische Technik-Programm (NSC-101-2221-E-007-032-MY3); und die Nanotechnologie National Program (NSC-101-2120-M-007-001-), National Science Council der r.o.c., Taiwan. Die Autoren möchten Prof. Ali Khademhosseini, Gulden Camci-Ünal, Arghya Paul und Ronglih Liao an der Harvard Medical School danken für die gemeinsame Nutzung der Hydrogel und Zelle Kapselung-Technologie.
1.5-mL black microcentrifuge tube | Argos Technologies | 03-391-161 | This one can be replaced with a neutral color of 1.5-mL tube covered with aluminun foil |
10X DPBS | Sigma-Aldrich | 56064C | |
Alexa Fluor 488 phalloidin | Invitrogen | A12379 | |
BSA | Sigma | A1595 | |
Calcein | Molecular Probe | C1430 | For labeling viable cells |
CCD | PCO. Imaging | Pixelfly qe | |
Cell membrane permeating solution | Sigma-Aldrich | X100 | 0.5% Triton X-100 for permeating cell membrane |
DAPI | Sigma-Aldrich | D8417 | Cell nucleus staining |
Dialysis membrane | Sigma-Aldrich | D9527 | Molecular weight cut-off = 14,000 |
DMEM | Gibco | 11995-065 | |
Double-side tape | 3M | 8003 | |
FBS | Hyclone | SH30071.03 | |
Gelatin | Sigma-Aldrich | G2500 | gel strength 300, type A, from porcine skin |
High frequency electronic corona generator | Electro-technic products | MODEL BD-20 | |
Methacrylic Anhydride | Sigma-Aldrich | 276685 | |
Micro syringe | Hamilton | 80501 | 50 μL |
Microscope | Olympus | IX71 | Include two filter sets: LF405/LP-B-000 and LF488/LP-C-000 from Semrock |
Oxygen plasma machine | Harrick plasma | PDC-001 | |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | For fixing cell |
PDMS | DOW CORNING | Sylgard 184 | Mixture for PDMS chip cast-molding fabrication |
Pen-Strep | Gibco | 10378-016 | penicillin/streptomycin |
Photoinitiator | CIBA | Irgacure 2959 | |
Propidium iodide | Sigma-Aldrich | P4170 | For labeling dead cells |
Sterile Filtration cup | Millipore | SCGPT05RE | |
TMSPMA | Sigma-Aldrich | 440159 | For hydrogel immobilization |
Ultrasonicator | Delta | D150H | 150W, 43kHz |
UV light | DAIHAN | WUV-L10 | |
Freeze Dryer | FIRSTEK | 150311025 | |
NIH3T3(fibroblast) | Food Industry Research and Development Institute(FIRDI) | 08C0011 | |
MOXI Z Mini Automated Cell Counter | ORFLO | MXZ001 |