셀 문화 응용 프로그램에 대 한 단백질 기반 Hydrogels 아키텍처의 쉬운 조작
Summary
단백질 기반 hydrogels 3 차원 구조를 조작 하는 다른 메서드 여기 소재 속성에 대해 계산 됩니다. 세포 접착 펩 티 드와 함께 macroporous 네트워크는 공업화 하 고 두 개의 서로 다른 모델 셀 라인을 사용 하 여 세포 배양에서 그들의 타당성을 평가.
Abstract
Hydrogels 셀 문화 응용 프로그램 때문에 높은 수 화 셀 환경을 제공 하는 그들의 능력에 대 한 유망 자료로 인정 받고 있습니다. 3 차원 서식 파일의 필드는 자연적인 기질을 그 물질의 잠재적인 정체 때문 상승 이다. 단백질 기반 hydrogels가 있습니다 특히 유망한 functionalized 쉽게 수 있기 때문에 조정 가능한 물리 속성으로 정의 된 구조를 얻을 수 있습니다. 그러나, 천연 재료를 사용 하 여 셀 문화 응용 프로그램에 대 한 macroporous 3D 템플릿의 생산 종종 합성 물질의 그들과 비교 된 그들의 약한 기계적 성질에 의해 제한 됩니다. 여기, 다른 방법을 macroporous 소 혈 청 알 부 민 (BSA)를 생산 하기 위해 평가 했다-하이드로 겔 시스템, 반경에서 10 ~ 70 µ m의 범위에서 조정 가능한 기 공 크기를 기반으로. 또한, 몇 백 미크론 긴은이 단백질 기반 자료 채널을 생성 하는 방법 설치 되었다. 모 공, 기 공 크기의 영향 비율, pH, 온도 안정성, 그리고 효소 저하 행동, 붓기 등의 소재 속성에 생산 하는 여러 가지 방법은 분석 했다. 기 공 크기 hydrogels confocal 레이저 스캐닝 현미경 검사 법을 사용 하 여 네이티브, 부푼 상태에서 조사 되었다. 셀 문화 응용 프로그램에 대 한 타당성 단백질 시스템 및 두 개의 모델 셀 라인의 세포 접착제 RGD 펩타이드 수정을 사용 하 여 평가 했다: 인간 유방암 세포 (A549)와 adenocarcinomic 인간의 치경 기저 상피 세포 (MCF7).
Introduction
Hydrogels는 많은 양의 물 바인딩 수 불용 성 3 차원 네트워크를 형성 하는 물자. 이러한 자료는 살아있는 세포에 대 한 우수한 환경 조건을 제공할 수 있습니다. 현재, 3 차원 하이드로 겔 구조의 세대에 그들의 화학 및 물리적 특성에 맞게 프로세스 개발에 관심이 증가 하고있다. 이 달성 되 면 세포의 성장 및 세포 행동의 조작에 대 한 템플릿이 생성된1,2,,34될 수 있습니다. 이러한 3 차원 구조 뿐만 아니라 기존의 2 차원 방법, 하지만 그들은 보다 더 자연스럽 고 현실적인 환경 또한 공개 새로운 가능성을 만들 줄기 세포의 성장에 대 한 또는 종양 모델5. 다른 재료는 젤6의 기 공 크기에 주로 의존 하는 특성의 범위를 소유한 다. 모 공 세포 문화 응용 프로그램, 조직 공학 및 줄기 세포의 감독된 성장에 중요 한 역할을 한다. 예를 들어, 매트릭스를 통해 확산 하는 산소와 영양분 그리고 충분 한 양의 세포7에 도달 할 수 있어야 합니다. 다른 한편으로, 유해한 대사 산물, 최대한 빨리 제거 되어야 한다 고 세포 성장 위한 충분 한 공간이 사용 가능한7수 있어야 합니다. 따라서, 재료의 기 공 크기, 속성 심각 하 게 영향을 미칠 행렬의 잠재적인 혜택 및 가능한 응용 프로그램. 재료의 특성에 따라, 다른 세포-성장 과정; 신경 구조의 형성을 포함 하 여 3 차원 세포 배양에서 발생할 수 있습니다. 성장과 분화의 피부 나 뼈 세포; 그리고 hepatocytes 또는 섬유 아 세포2,3,,89,10,11같은 특별 한 줄기 세포 라인의 감독된 성장. 또 다른 중요 한 포인트는 물질의 가능한 응용 프로그램에 영향을 미치는 외부 자극12쪽으로 그것의 안정성입니다. 예를 들어는 히드로 세포 배양 또는 인체에 기계적 무결성을 유지 해야 합니다.
최근 몇 년 동안, 강화, 3D 셀 문화 hydrogels에 연구와 많은 연구 시스템13의 3 차원 구조를 해결 하기 위해 실시 했다. 화학적 합성된 구성 요소 구성 Hydrogels 가장 일반적으로 쉽게 합성 및 화학적 수정 수 있고 그들은 높은 안정성을 전시 하기 때문에 조사 (주 외., 2011 리뷰 참조)5. 그러나, 단백질에는 많은 유익한 속성이:으로 소위 “정밀 고분자,” 그들은 생체; 그들은 정의 길이; 그들은 상대적으로 쉽게 수정; 그리고 그들은 많은 수의 대상 사이트14,15. 이와 관련, 많은 분야에서 응용 프로그램에 대 한 매우 구체적인, 혁신적인 구조를 생성할 수 있습니다. 본이 연구에서는 단백질 기반 하이드로 겔16 자료의 3 차원 구조에 영향을 잘 설립 방법의 능력을 보여 주기 위해 사용 되었다. 또한, 능력과 기 공 세대에 적용도 조사 했다.
많은 다른 기술이 간단한 방법 및 재료 과학의 다른 분야에서 정교 하 고, 고도로 전문화 된 기술 모두를 포함 하 여 3 차원 구조를 수정할 수 있습니다. 광범위 한 기술을 잘 정의 된 구조17를 생성 하는 전기의 사용 이다. 충전된 섬유는 전기 분야에 의해 해결책에서 가져온 고 산소에 노출 시 응고. 이 방법에서는, 몇몇 미크론까지 여러 나노미터의 범위에서 섬유를 생산 수 있습니다. 추가 기술을 크기, 구조, 그리고 매트릭스 내의 숨 구멍의 배포를 조정 하는 소프트 리소 그래피, 사진 평판, 유체역학 초점, 전기 살포 바이오 인쇄18,,1920. 이러한 기술의 중요 한 결점은 특정, 비싼 장비 및 특수 화학 제품 또는 자료에 대 한 의존도. 또한, 이러한 기술을 경험 종종 단백질 기반 재료를 직접 양도 이며 화학 물질 및 방법의 많은 셀 호환 되지 않습니다.
다른 한편으로, 많은 기술을 쉽고 저렴 적용 하 고 재현 하 그들을 만드는 특별 한 장비에 의존 하지 마십시오. 구조 조작에 대 한 광범위 한 방법은 용 매 캐스팅21,,2223입니다. 입자 중 합 반응 전에 추가 되 고 솔루션 포화 homogenously 배포 됩니다. 중 합 후 희석 또는 pH 변화, 같은 조건의 변화를 모는 재료 내에서 유지 하는 동안 입자의 solvation에 지도 한다. 소금, 설탕, 파라핀, 젤라틴, 분필, 등이 기술에 사용 되는 화학 물질 저렴 하 고 쉽게 사용할 수 있다 동결에 부 어 hydrogels 동결 됩니다. 진공에서 액체 단계의 후속 승화는23,,2425수행. 네트워크에서 물 승화 만큼 부드러운 재료의 특정 3D 구조를 유지 하는. 가스 거품, 동안에 중 합, 젤21내 숨 구멍을 떠나는 해결책 가스와 스트리밍됩니다. 크기와 숨 구멍의 분포는 가스 흐름에 따라 조정할 수 있습니다.
형성 단백질 히드로, BSA는 tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium 염화 물 (THPC) 1 차 아민 4 무장 링커 분자26의 hydroxy 그룹 사이 공유 결합의 형성에 대 한 있도록 Mannich 형 반응에서으로 반작용 했다. 반응 발생 가능한 유해한 중간체 물질의 과도 한 씻기에 의해 제거 됩니다.
이 연구에서는 조작 하 고 숨 구멍의 크기에 맞게 다른 기술로 BSA 기반 소재를 치료의 가능성을 보여 줍니다. 각 기술을 사용할 수 있습니다 어떤 실험실에 전세계, 특별 한 장비는 필요 하다. 또한, 다른 매개 변수를 같은 붓기 비율, 효소 분해성, pH 안정성, 온도 감도, 검사 그리고 서로에 비해 특히 존중 다른 기술의 영향에 3D 아키텍처의 생성에. 마지막으로, 자료 했다 기능성 세포 배양 물질의 가능한 응용 프로그램을 조사 하기 위해 셀 접착제 펩 티 드와 함께. 두 개의 서로 다른 모델 셀 라인 사용 되었다: A549 및 MCF7.
Protocol
Representative Results
Discussion
The production of macroporous matrices can be beneficial to many different fields. It has high technical and economic potential due to the defined structure of the hydrogel and the ability to control and tune specific material properties. However, the introduction of supramolecular structural elements, such as pores or channels, to a 3D template might influence the overall properties of a material, such as the swelling ratio or the stiffness. This can result in the undesired decomposition, degradation, or breakdown of th…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 바 덴-뷔르템베르크 재단 “Bioinspired 소재 합성” 프레임 워크 (BioMatS-14)에 그들의 재정 지원에 대 한 감사 하 고 싶습니다.
Materials
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
| Dulbecco’s modified Eagle’s medium (high glucose) | Life Technologies / Thermo Fisher | 11140-050 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Life Technologies / Thermo Fisher | 10270-106 | |
| Penicillin-Streptomycin | Life Technologies / Thermo Fisher | 15140122 | |
| MEM Nonessential Amino Acid Solution | Sigma Aldrich | M7145-100ML | |
| Trypsin EDTA 0.05 % Phenol Red | Thermo Fisher Scientific | 25300062 | |
| Ethanol 99.8 %, vergällt | Ölfabrik Schmidt | 2133 | |
| NaCl | Carl Roth | 9265.1 | |
| Albumin Fraction V | Carl Roth | 3854.2 | |
| THPC | Sigma Aldrich | 404861-100ML | Toxic |
| 0.1 % Triton X 100 | Sigma Aldrich | X100-100ML | Slightly toxic |
| Phalloidin-rhodamine | Life Technologies / Thermo Fisher | R415 | |
| 3.7 % Formaldehyde | Life Technologies / Thermo Fisher | F8775-25ML | Toxic |
| Rhodamine B | Sigma Aldrich | 81-88-9 | |
| Filtropur S 0.2, | Sarsted Ag und Co. | 2 83.1826.001 | |
| µ slide 8 well | Ibidi GmbH | 80826 | |
| KCSSGKSRGDS peptide | UPEP Ulm | Custom sysnthesis | |
| Ethanol 99.8 %, vergällt | Carl Roth | K928.5 | |
| Falcon 5 ml Polysterene Round-Bottom Tube | Sarsted Ag und Co. | 62.547.254 | |
| Tubes 50 ml | Sarsted Ag und Co. | 62.547.254 | |
| Tubes 1,5 ml | Sarsted Ag und Co. | 72,690,001 | |
| Tubes 2 ml | Sarsted Ag und Co. | 72,691 | |
| CELL CULTURE MICROPLATE, 96 WELL, PS, F-BOTTOM | Greiner | 655073 | |
| FreezeDryer Epsilon 1-6D, | Christ, Osterode am Harz, Germany | ||
| Confocal Laser Scanning Microscope | Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany | ||
| Zen Software Version 2012 Sp1, black edition, 407 version 8,1,0,484 | Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany | ||
| GSA Imaga Analyzer Software, GSA Image Analyzer, GSA, Version 419 3.8.7 | GSA GmbH |
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