Синтез биосовместимых жидкого кристалла эластомерных пен, как Cell Каркасы для 3D-пространственных культур клеток

Summary

Данное исследование представляет методологию для подготовки 3D, биоразлагаемый, пенообразный каркасы клеточного на основе биосовместимых жидкокристаллических эластомеров боковой цепи (LCEs). Конфокальные микроскопия эксперименты показывают, что пенообразный LCEs позволяет прикрепление клеток, пролиферации и спонтанного выравниванию C2C12s миобластов.

Abstract

Здесь мы представляем шаг за шагом подготовку 3D, биоразлагаемых, пенообразные клетки строительных лесов. Эти каркасы были получены путем поперечного сшивания звезд блок-сополимеров, показывающие единицы холестерина в боковой цепи боковых групп, в результате чего смектической-А (СМА) жидкокристаллических эластомеров (LCEs). Пенообразный каркасы, подготовленный с использованием шаблонов металлов, имеет взаимосвязанные микроканалы, что делает их пригодными в качестве 3D-клеточной культура каркасов. Объединенные свойства обычной структуры металлической пены и в результате эластомера в клеточном помосте 3D , что способствует не только более высокой пролиферации клеток по сравнению с обычными пористыми шаблонными фильмами, но и более эффективным управлением переносом массы (то есть, питательными веществами, газов, отходы и т.д.). Природа шаблона металла позволяет легко манипулировать пены форм (т.е. рулонов или пленки) , а также для подготовки каркасов различных размеров пор для различных исследований клеток при сохранении interconnecTed пористая природа шаблона. Процесс травления не влияет на химический состав эластомеров, с сохранением их биологически совместимая и биологически разлагаемой природы. Показано, что эти Смектические LCEs при выращивании в течение длительного периода времени, времени, позволит исследование клинически значимых и сложных конструкций ткани, содействуя росту и пролиферации клеток.

Introduction

Есть несколько примеров биосовместимых биологических и синтетических материалов , предназначенных для применения в исследованиях клеток и для регенерации ткани , направленной на прикрепление клеток и пролиферации ^{1, 2, 3, 4, 5.} Там было несколько примеров биосовместимых материалов, известных как жидкокристаллические эластомеры (LCEs), которые могли бы реагировать на внешние раздражители с анизотропной молекулярным упорядочением ^{6, 7.} LCEs являются стимулы-чувствительных материалами , которые сочетают в себе механические и эластичные свойства эластомеров с оптической функциональностью и молекулярным упорядочением жидких кристаллов ^{8, 9.} LCEs может испытывать изменения в форме, механическую деформацию, упругое поведение и оптические свойства в ответ на внешние ститулы (то есть., жара, стресс, свет и т.д.) ^{10, 11, 12, 13, 14, 15, 16.} Более ранние исследования показали , что жидкие кристаллы (ЖК) может ощутить рост и ориентацию клеток ^{4, 17.} Можно тогда предположить, что LCEs может быть пригоден для биологических и медицинских соответствующих приложений, включая клетку леса и выравнивание. Ранее мы уже сообщали о подготовке смектических биосовместимые, биодеградируемые, литье под давлением, и тонкие LCEs фильмов с участием в «типа швейцарского сыра» пористый морфологию ^{6, 18.} Мы также подготовили нематические биосовместимые LCEs с глобулярной морфологией , как каркасы для роста клеток ¹⁹ <SUP> ^20. Наша работа была направлена на настройку механических свойств материалов , чтобы они соответствовали интересующей ткани ^21. Кроме того, эти исследования сосредоточены на понимании эластомер-клеточных взаимодействий, а также клеточный ответ, когда эластомеры подвергается воздействию внешних раздражителей.

Основные проблемы были частично адаптировать пористость LCEs, чтобы обеспечить прикрепление клеток и проникновение через матрицу эластомера и для лучшего переноса массы. Пористость этих тонких пленок ⁶ позволила клеточной проницаемости через объем матрицы, но не все поры были полностью соединены между собой или имели более регулярные (однородный) размер пор. Затем мы сообщили о биосовместимых нематико LCE эластомеры с шаровыми морфологией. Эти нематических эластомеры разрешены для прикрепления и пролиферации клеток, но размер пор в диапазоне от 10-30 только мкм, что помешало или ограничить использование этихэластомеры с более широким разнообразием клеточных линий ^{19, 20.}

Предыдущая работа Кунг и др. связанные с формированием графеновых пен с использованием «жертвенную» шаблон металла показал , что полученный графен пена имела очень регулярный пористой морфологии , диктуемой выбранного шаблона ²² металла. Эта методика обеспечивает полный контроль пористости и размера пор. В то же время, пластичность и гибкость шаблона металла позволяют формирование другого шаблона формы перед приготовлением пены. Другие методы, такие как материал выщелачивание ^23, газ шаблоны ²⁴ или электрооптического прядением волокон ^{25, 26} также обеспечивают потенциал для получения пористых материалов, но они больше времени, и, в некоторых случаях, размер пор ограничен лишь несколько микрометров. пена-как 3D LCEs готовили с использованием шаблонов металлов позволяют более высокую нагрузку клеток; улучшенная скорость пролиферации; совместное культивирование; и, наконец , но не в последнюю очередь, лучше массовое управление транспортом (то есть, питательные вещества, газы и отходы) , чтобы обеспечить развитие полной ткани ^27. Пенообразный 3D LCEs также появляется, чтобы улучшить выравнивание клеток; это, скорее всего по отношению к LC подвескам зондирования роста клеток и ориентации клеток. Наличие LC остатки в пределах LCE появляется для улучшения выравнивания клеток относительно расположения клеток внутри LCE строительных лесов. Клетки выравнивания в пределах распорок в LCE, в то время как нет четкой ориентации не наблюдаются , где распорки объединяются (переходы) ^27.

В целом, наша LCE клетки подмости платформа в качестве опорной ячейки среды открывает новые возможности для настройки морфологии эластомера и упругих свойства и конкретно направлять выравнивание (индивидуальные) типов клеток для создания нумерованных, пространственные расположений оF клетки, похожие на живые системы. Помимо обеспечения лески, способной выдержать и направляя долгосрочный клеточный рост и пролиферацию, LCEs также позволяет для динамических экспериментов, в которых ориентация и взаимодействие клеток могут быть изменены на лета.

Protocol

Примечание: Следующие шаги для 3D – LCE пенообразного подготовки с использованием 3-рука звезды блок – сополимера показаны на рисунке 1. Для получения ядерного магнитного резонанса (ЯМР) характеристики, спектры записаны в дейтерированном хлороформе (CDCl 3) при комнатно…

Representative Results

Этот отчет показывает способ получения пористой 3D LCE в качестве каркаса для культуры клеток с использованием шаблона никель-металл. Полученный 3D ХПЛ демонстрирует сложную взаимосвязанную сеть каналов , что позволяет легко клеточной инфильтрации, а также более подход…

Discussion

Жидкокристаллические эластомеры недавно были исследованы в качестве биосовместимых каркасов клеток из-за их стимулы к реагированию. Они оказались идеальными платформами, как мобильные строительные леса. Тем не менее, является важным фактором, чтобы иметь в виду при подготовке и разр?…

Materials

1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane	Alfa Aesar	L16606	Silanizing agent
2-bis(4-hydroxy-cyclohexyl)propane	TCI	B0928	Reagent
2-chlorohexanone	Alfa Aesar	A18613	Reagent
2-heptanone	Sigma Aldrich	W254401	Solvent
2-propanol	Sigma Aldrich	278475	Solvent
3-chloroperbenzoic acid, m-CPBA	Sigma Aldrich	273031	Reagent
4-dimethylaminopyridine	Alfa Aesar	A13016	Reagent
4',6-diamidino-2-phenylindole, DAPI	Invitrogen	D1306	Nuclear Stain
5-hexynoic acid	Alfa Aesar	B25132-06	Reagent
Acetic acid	VWR	36289	Solvent
Acetone	Sigma Aldrich	34850	Solvent
Alcohol 200 proof ACS Grade	VWR	71001-866	Reagent
Benzene	Alfa Aesar	AA33290	Solvent
ε-caprolactone	Alfa Aesar	A10299-0E	Reagent
Chloroform	VWR	BDH1109	Solvent
Cholesterol	Sigma Aldrich	C8503	Reagent
Chromium(VI) oxide	Sigma Aldrich	232653	Reagent
Copper (I) iodide	Strem Chemicals	100211-060	Reagent
D,L-Lactide	Alfa Aesar	L09026	Reagent
Dichloromethane	Sigma Aldrich	320269	Solvent
Diethyl ether	Emd Millipore	EX0190	Solvent
N,N-Dimethylformamide	Sigma Aldrich	270547	Solvent
Dulbecco’s modified Eagle medium, DEME	CORNING Cellgo	10-013	Cell Media
Ethanol	Alfa Aesar	33361	Solvent
Formaldehyde	SIGMA Life Science	F8775	Fixative
Fetal bovine serum, FBS	HyClone	SH30071.01	Media Component
Filter paper, Grade 415, qualitative, crepe	VWR	28320	Filtration
Glycerol	Sigma Aldrich	G5516	Central node (3-arm)
Hexamethylene diisocyanate, HDI	Sigma Aldrich	52649	Crosslinker
Iron(III) chloride	Alfa Aesar	12357	Etching agent
Isopropyl alcohol	VWR	BDH1133	Solvent
Methanol	Alfa Aesar	L13255	Solvent
N,N'-dicyclohexylcarbodiimide	Aldrich	D80002	Solvent
N,N-Dimethylformamide	Sigma Aldrich	270547	Solvent
Nickel metal template	American Elements	Ni-860	Foam template
Neuroblastomas cells (SH-SY5Y)	ATCC	CRL-2266	Cell line
Penicillin streptomycin	Thermo SCIENTIFIC	15140122	Antibiotics
Polyethylene glycol 2000, PEG	Alfa Aesar	B22181	Reagent
Sodium azide	VWR	97064-646	Reagent
Sodium bicarbonate	AMRESCO	865	Drying salt
Sodium chloride	BDH	BDH9286	Drying salt
Sodium phosphate dibasic heptahydrate	Fisher Scientific	S-374	Drying salt
Sodium phosphate monobasic monohydrate	Sigma Aldrich	S9638	Drying salt
Sodium sulfate	Sigma Aldrich	239313	Drying salt
Tetrahydrofuran	Alfa Aesar	41819	Solvent
Thiosulfate de sodium	AMRESCO	393	Drying salt
Tin(II) 2-ethylhexanoate	Aldrich	S3252	Reagent
Toluene	Alfa Aesar	22903	Solvent
Triethylamine	Sigma Aldrich	471283	Reagent
Trypsin	HyClone	SH30042.01	Cell Detachment
Olympus FV1000