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.
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.
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.
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?…
The authors have nothing to disclose.
Авторы хотели бы поблагодарить Kent State University (совместный грант исследований и поддержку Инициативы по регенеративной медицине в Kent State – ReMedIKS) за финансовую поддержку данного проекта.
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 |