組織工学のための熱応答性ナノ構造表面の調製
Summary
Nanoscaled sea-island surfaces composed of thermoresponsive block copolymers were fabricated by the Langmuir-Schaefer method for controlling spontaneous cell adhesion and detachment. Both the preparation of the surface and the adhesion and detachment of cells on the surface were visualized.
Abstract
Thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm)-immobilized surfaces for controlling cell adhesion and detachment were fabricated by the Langmuir-Schaefer method. Amphiphilic block copolymers composed of polystyrene and PIPAAm (St-IPAAms) were synthesized by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) radical polymerization. A chloroform solution of St-IPAAm molecules was gently dropped into a Langmuir-trough apparatus, and both barriers of the apparatus were moved horizontally to compress the film to regulate its density. Then, the St-IPAAm Langmuir film was horizontally transferred onto a hydrophobically modified glass substrate by a surface-fixed device. Atomic force microscopy images clearly revealed nanoscale sea-island structures on the surface. The strength, rate, and quality of cell adhesion and detachment on the prepared surface were modulated by changes in temperature across the lower critical solution temperature range of PIPAAm molecules. In addition, a two-dimensional cell structure (cell sheet) was successfully recovered on the optimized surfaces. These unique PIPAAm surfaces may be useful for controlling the strength of cell adhesion and detachment.
Introduction
ナノ構造化表面は、最近によるパターニング、細胞培養、洗浄、表面切り替えを含め、さまざまな潜在的用途にかなりの注目を集めています。例えば、蓮の葉やその他の応答性表面のナノ構造に触発された超疎水性表面は、外部からの刺激1-4に反応することができます。
ラングミュア膜は、最も広く研究され、ポリマーコーティングの一つです。ラングミュアフィルムを空気-水界面5-8に両親媒性分子を滴下することにより形成されます。フィルムは、その後、物理的または化学的吸着によって、固体表面に転写することができ、固体表面上の分子の立体配座は、垂直および水平転送方式9-12を用いて制御することができます。ラングミュア膜の密度が正確に空気 – 水界面を圧縮することによって調節することができます。最近、この方法はまた、ナノスケール海島structurを製造するための効果的であることが証明されています両親媒性ブロックコポリマーを利用することにより、ES。ナノ構造体は、疎水性セグメントのコアと親水性セグメント13-17の殻から成っているものとします。また、表面上のナノ構造の数は、界面でのブロック共重合体の分子当たりの面積（m）を制御することによって調節されます。
我々は、温度応答性培養表面を用いて、元の、ユニークな足場フリー組織工学アプローチ、細胞シート工学に焦点を当てています。開発した技術は、様々な器官18のための再生治療に適用されています。温度応答性培養表面は、表面19-27上に、ポリ（N -isopropylacrylamide）（PIPAAm）、温度応答性分子をグラフトすることにより作製しました。 PIPAAmおよびそのコポリマーは、32℃付近の温度で、水性媒体中で下限臨界溶液温度（LCST）を示します。培養表面は、温度応答性alternatiを示しました疎水性と親水性の間に。 37℃で、PIPAAmグラフト化表面は疎水性になり、細胞が容易に取り付けられ、表面上だけでなく、従来の組織培養ポリスチレン上で増殖しました。温度を20℃に下げたときに、表面が親水性となり、細胞が自然に表面から剥離します。従って、表面上で培養したコンフルエントな細胞は、温度を変化させることにより、完全なシートとして回収することができます。これらの細胞接着及び剥離特性はまた、研究室のデモンストレーション26、27ラングミュアフィルムコーティングによって製造面で表示した。ポリスチレン（P（ST））からなるブロック共重合体のラングミュア膜とPIPAAm（ST-IPAAm）を作製しました。特定のA mのラングミュア膜が水平に疎水的に修飾されたガラス基板に転写することができました。また、温度に応答して調製された表面からの細胞の接着および剥離を評価しました。
_content ">ここでは、ガラス基板上に熱応答性両親媒性ブロックコポリマーからなるナノ構造ラングミュア膜の製造のためのプロトコルを記述している。我々の方法は、表面科学の様々な分野において有機ナノフィルムのための効果的な製造技術を提供することができ、より多くのを容易にすることができます上の細胞接着を効果的に制御し、表面からの自然剥離。Protocol
Representative Results
Discussion
温度応答性表面は、ラングミュア – シェーファー法により作製し、細胞接着/剥離および細胞シートの回収のために表面特性を最適化しました。表面を製造するためのこの方法を使用する場合、いくつかのステップは重要です。サンIPAAm分子の分子組成物は、表面構造および表面の安定性、ひいては、細胞接着および剥離に大きな影響を与えます。特に、サンIPAAm分子は、狭い分子量分布を有?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was financially supported by the Creation of Innovation Centers for Advanced Interdisciplinary Research Program’s Project for Developing Innovation Systems “Cell Sheet Tissue Engineering Center (CSTEC)” of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), Japan.
Materials
| N-isopropylacrylamide | Kohjin | No catalog number | |
| Azobis(4-cyanovaleric acid) | Wako Pure Chemicals | 016-19332 | |
| Styrene | Sigma-Aldrich | S4972 | |
| 1,3,5-trioxane | Sigma-Aldrich | T81108 | |
| 1,4-Dioxane | Wako Pure Chemicals | 045-24491 | |
| DMEM | Sigma | D6429 | |
| PBS | Nakarai | 11482-15 | |
| Streptomycin | GIBCO BRL | 15140-163 | |
| Penicillin | GIBCO BRL | 15140-122 | |
| Trypsin-EDTA | Sigma | T4174 | |
| FBS | Japan Bioserum | JBS-11501 | |
| BAECs | Health Science Reserch Resources Bank | JCRB0099 | |
| Cover Glasses | Matsunami Glass Industry | C024501 | |
| AFM NanoScope V | Veeco | ||
| 1H NMR INOVA 400 | Varian, Palo Alto | ||
| ATR/FT-IR NICOLET 6700 | Thermo Scientific | ||
| GPC HLC-8320GPC | Tosoh | ||
| TSKgel Super AW2500, AW3000, AW4000 | Tosoh | ||
| Langmuir-Blodgett Deposition Troughs | KSV Instruments | KN 2002 | KSV NIWA Midium trough |
| Nikon ECLIPSE TE2000-U | Nikon |
References
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