रेशम फिल्मों जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के एक सरणी के लिए आसानी से अनुकूलन biomaterials के एक उपन्यास वर्ग के हैं. प्रस्तुत रेशम फिल्म संस्कृति प्रणाली अत्यधिक की एक किस्म के लिए अनुकूलनीय है<em> इन विट्रो में</em> विश्लेषण. इस प्रणाली के एक biomaterial के डिजाइन मंच की पेशकश का प्रतिनिधित्व करता है<em> इन विट्रो में</em> अनुकूलन करने के लिए प्रत्यक्ष अनुवाद से पहले<em> Vivo में</em> मॉडल.
रेशम फिल्मों प्रोटीन आधारित biomaterials कि उच्च विश्वस्तता और आर्थिक के साथ एक अनुसंधान प्रयोगशाला वातावरण 1,2 भीतर निर्मित किया जा सकता का वादा कर रहे हैं. इन सामग्रियों वांछनीय हैं क्योंकि वे अत्यधिक नियंत्रणीय आयामी और सामग्री विशेषताओं के अधिकारी, biocompatible और कोशिका आसंजन को बढ़ावा देने, स्थलाकृतिक patterning के माध्यम से या रासायनिक सतह बदलकर संशोधित किया जा सकता है, और दवा वितरण से संबंधित अनुप्रयोगों के लिए biologically सक्रिय अणुओं के लिए एक डिपो के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है 3-8. इसके अलावा, रेशम फिल्मों अपेक्षाकृत कस्टम डिजाइन करने के लिए सरल कर रहे हैं, मिनट के भीतर भंग करने के लिए या इन विट्रो में vivo में वर्षों से अधिक नीचा करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, कर रहे हैं और प्रकृति में पारदर्शी और इसलिए उच्च इमेजिंग 9 अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होने का जोड़ा लाभ के साथ उत्पादन 13. संस्कृति प्रणाली यहाँ प्रस्तुत कार्यप्रणाली सेल रेशम फिल्म सतह के तेजी से आकलन के लिए एक स्केलेबल दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व करता हैबातचीत. विशेष ब्याज की सतह के नमूनों रेशम फिल्मों का उपयोग करने के लिए सेल प्रसार और कोशिकाओं की प्रतिक्रियाओं के में 12,14 संरेखण के लिए मतभेद का अध्ययन है. वरीय संस्कृतियों दोनों सूक्ष्म नमूनों और फ्लैट रेशम फिल्म substrates पर संवर्धित किया गया है, और फिर समय चूक चरण विपरीत इमेजिंग, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग, और चयापचय गतिविधि और न्यूक्लिक एसिड सामग्री के जैव रासायनिक मूल्यांकन के माध्यम से मूल्यांकन. सारांश में, इन विट्रो संस्कृति प्रणाली में रेशम फिल्म एक अनुकूलन प्रयोगात्मक सेटअप सेल सतह बातचीत एक biomaterial के सब्सट्रेट पर, जो तब तो और अनुकूलित कर सकते हैं vivo मॉडल में लिए अनुवाद किया जा के अध्ययन के लिए उपयुक्त प्रदान करता है. यहाँ प्रस्तुत संस्कृति प्रणाली का उपयोग टिप्पणियों वर्तमान में चिकित्सा उपकरण डिजाइन करने के लिए बुनियादी सेल बातचीत से लेकर अनुप्रयोगों में सहायता कर रहे हैं प्रयोग किया जा रहा है, और इस प्रकार जैव चिकित्सा क्षेत्रों का एक व्यापक रेंज के लिए प्रासंगिक हैं.
उपयोग सेल संस्कृति के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में पुनर्जीवित रेशम फिल्मों की लोकप्रियता में पिछले दो दशकों से अधिक इस प्रोटीन की सामग्री के गुणों की व्यापक लक्षण वर्णन के कारण प्राप्त की है और इसके biomaterial 3,8 उपयोगिता की समझ में वृद्धि हुई. संस्कृति यहाँ वर्णित प्रणाली के नमूनों रेशम फिल्म biomaterial 7 substrates के कोशिका की सतह पर बातचीत का आकलन करने के लिए इन विट्रो में परीक्षण प्रणाली में एक उपन्यास का प्रतिनिधित्व करता है. प्रणाली है कि आसानी से उच्च throughput डेटा संग्रह के लिए अपनाया जा सकता है समय के साथ सेलुलर बातचीत का गहराई से विश्लेषण में के लिए अनुमति देता है. सहसंयोजक संशोधन या सोखना के माध्यम से विभिन्न सतह chemistries, सतह के नियंत्रण माइक्रो / नैनो सतह 7 स्थलाकृति: यह काफी हद तक क्योंकि रेशम फिल्मों tunable के biomaterial के गुण के एक नंबर, कि सीधे सेल 8,9,12 समारोह को प्रभावित करने के लिए संशोधित किया जा सकता है सहित के अधिकारी सक्षम है मजबूत यांत्रिक, biologically सक्रिय 13 अणुओं कीanical 15,16 गुण, सामग्री hydrophilicity / hydrophobicity 16 के नियंत्रण, 4,8,17 रिहाई के लिए जैविक यौगिकों के थोक लोड हो रहा है, और नियंत्रित विघटन / माध्यमिक संरचना के नियंत्रण के माध्यम से enzymatic गिरावट की दर (बीटा चादर सामग्री) 11,18,19 .
रेशम फिल्मों की पारदर्शिता पानी 7,15 वाष्प की उपस्थिति में वैक्यूम के अंतर्गत समय की एक अवधि के लिए annealing के फिल्मों के माध्यम से हासिल की है. यह प्रसंस्करण दृष्टिकोण β पत्र माध्यमिक संरचना के गठन के लिए अनुमति देता है, जबकि 15 प्रकाश की अनुमति न्यूनतम विवर्तन पानी में सामग्री की अविलेयता को बढ़ावा देने. फिल्मों की इस पारदर्शिता प्रत्यक्ष इमेजिंग रहते सेल इमेजिंग रूपात्मकता (यानी व्यापक क्षेत्र और प्रतिदीप्ति) खुर्दबीन 12,20 प्रणाली के किसी भी संख्या का उपयोग कर के एक नंबर के तहत नियोजित किया जा सकता है सक्षम करने में महत्वपूर्ण है. – जीना सेल इमेजिंग के अलावा, रेशम फिल्मों को आसानी वें से हटाया जा सकता हैई संस्कृति प्रणाली अतिरिक्त निर्धारण और विश्लेषण के लिए अनुमति देने के लिए. इस प्रकार, प्रत्यक्ष प्रयोगात्मक आकलन की बड़ी विविधता है कि इस सिस्टम पर निष्पादित किया जा सकता है कई तकनीकी 3,8,9,12,13,21 क्षेत्रों के लिए एक सेल / ऊतक स्रोतों की एक विस्तृत विविधता के लिए लागू कर रहे हैं. समय चूक इमेजिंग परिणाम वर्णन कैसे वास्तविक समय संस्कृति डेटा, एकत्र किया जा सकता है और एक उदाहरण के रूप में वर्णन कैसे सतह स्थलाकृति सेल बातचीत को प्रभावित करता है का उपयोग किया गया है. प्रतिनिधि परिणाम दिखाना कैसे रेशम फिल्म biomaterials के HCLE संस्कृति के विकास का समर्थन करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, और मानक सेलुलर प्रसार और चयापचय assays के छवि (4) के एक नंबर के लिए संशोधनीय हैं. इसके अलावा, संस्कृतियों और तय कर रहे हैं स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन इमेजिंग या अन्य प्रोटोकॉल (छवि 3) के लिए संसाधित.
सिल्क फिल्म substrates के उच्च विश्वस्तता, स्थिरता के साथ प्रयोगशाला में उत्पादित कर रहे हैं, और अपेक्षाकृत कम लागत (1 छवि) के साथ. यह reproduci सक्षम बनाता हैदोनों संस्कृति प्रणाली सेटअप और प्रायोगिक परिणामों में साख. यह दिखा दिया है कि पानी – पानी रखना प्रसंस्करण संस्कृति के भीतर एक स्थिर रेशम फिल्म सामग्री है कि गिरावट दर 2,15,22 समाधान में proteases की एकाग्रता लंबित परिभाषित किया गया है का उत्पादन. एक परिणाम के रूप में इन सामग्रियों को लंबी अवधि के सेल संस्कृति के लिए समय की विस्तारित अवधि के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, या शारीरिक 8 स्थान के आधार पर महीनों या वर्षों के लिए प्रत्यारोपित कर रह है. इसके अलावा, हाल ही में काम दिखाया गया है कि दोनों प्रोटीन संरचना और पानी annealed रेशम फिल्मों की सामग्री गुण प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य संस्कृति परिणाम के लिए अनुमति देता है के रूप में विभिन्न यांत्रिक और biophysical परीक्षण 15,16 तरीकों के माध्यम से दिखाया गया बैच बैच से संगत कर रहे हैं. इसके अलावा, सामग्री की सतह फिल्म बैचों के बीच महान निष्ठा से पता चला है के रूप में SEM, परमाणु बल (AFM) micrscopy, सेल और संस्कृति अध्ययन {लॉरेंस: 2008wr, Omenetto: 2008tc, ब्रे: 2011kq के} ने संकेत दिया 7,23,24. सामग्री stabilअल्पसंख्यक और स्थिरता के कैसे विभिन्न mechanotransduction रास्ते के माध्यम से सेल संस्कृति सब्सट्रेट भावना, और अंत में वांछित / अवांछित सेलुलर प्रतिक्रिया 25,26 उत्पादन के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है.
संस्कृति substrates के लिए टिशू कल्चर का इलाज प्लास्टिक या कांच के रूप में ऐतिहासिक मानकों,, सेल लगाव के लिए पर्याप्त substrates के प्रदान करते हैं. हालांकि, इन सामग्रियों vivo में आगे उपयोगिता के लिए सुधारने योग्य नहीं हैं. यह अनुरूप किया जा सकता है कि इन विट्रो में एक रेशम फिल्म biomaterial अनुकूलित किया जा सकता है, और एक बार प्रयोगात्मक उम्मीदों को हासिल किया गया है अनुकूलित फिल्म सीधे vivo मॉडल में एक अनुवाद किया जा सकता है. के बीच इन विट्रो में और vivo प्रयोग में इस तरह बनती डिजाइन में अन्य substrates कि नियमित रूप से इन विट्रो में उपयोग किया जाता है पर प्रत्यारोपण रेशम biomaterials के लिए एक महान लाभ प्रदान करता है.
The authors have nothing to disclose.
एनआईएच K08EY015829, R21EY019561, R24EY015656, EB002520 P41, और R01 EY020856 को दृष्टिहीनता कैरियर विकास पुरस्कार, और सप्ताह में तीन संस्थागत स्टेम सेल पहल को रोकने के अनुसंधान से अनुदान. HCLE सेल लाइन डॉ. Ilene Gipson के सौजन्य से प्रदान की है. लेखकों के सेल संस्कृति, SEM इमेजिंग, ऊतक इंजीनियरिंग संसाधन केंद्र (TERC) के साथ उसे तकनीकी सहायता के लिए विशेष सर्जरी के लिए अस्पताल में एंथोनी Labissiere साथ वेल कॉर्नेल मेडिकल कॉलेज में डॉ. Aihong लियू उसे तकनीकी सहायता और मार्गदर्शन के लिए धन्यवाद करना चाहते हैं सामग्री विकास के साथ तकनीकी सहायता, और कॉर्नेल nanoscale विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधा के लिए सिलिकॉन वफ़र निर्माण में सहायता के लिए (CNF) के लिए Tufts विश्वविद्यालय.
Material Name | Company | Catalogue Number |
Silk cocoons | Tajima Shoji Co., LTD. | NA |
PDMS monomer and cross-linker | Momentive | RTV615A 01P |
Sodium Carbonate | Sigma | S2127 |
Lithium Bromide | Sigma | 213225 |
Slide-A-Lyzer | Thermo Scientific | 66110 |
1 mL Syringe | Becton-Dickenson | 309602 |
Stainless steel washer | Superior Washer | 81610 |
24-well plate | VWR | 353047 |