3 डी स्थानिक सेल संस्कृतियों के लिए सेल Scaffolds के रूप में Biocompatible लिक्विड क्रिस्टल Elastomer Foams का संश्लेषण
Summary
इस अध्ययन के लिए 3 डी, बायोडिग्रेडेबल, फोम की तरह सेल biocompatible पक्ष-श्रृंखला लिक्विड क्रिस्टल इलास्टोमर (LCEs) के आधार पर मचान तैयार करने के लिए एक पद्धति प्रस्तुत करता है। कोंफोकल माइक्रोस्कोपी प्रयोगों चलता है कि फोम की तरह LCEs सेल लगाव, प्रसार, और C2C12s myoblasts की सहज संरेखण के लिए अनुमति देते हैं।
Abstract
यहाँ, हम एक 3 डी, बायोडिग्रेडेबल, फोम की तरह सेल पाड़ के एक कदम-दर-कदम तैयारी प्रस्तुत करते हैं। इन scaffolds पार जोड़ने पक्ष-श्रृंखला पेंडेंट समूहों के रूप में कोलेस्ट्रॉल इकाइयों की विशेषता स्टार ब्लॉक सह पॉलिमर, smectic-ए (SMA) लिक्विड क्रिस्टल इलास्टोमर (LCEs) में जिसके परिणामस्वरूप द्वारा तैयार किए गए थे। फोम की तरह मचान,, धातु टेम्पलेट का उपयोग कर तैयार परस्पर microchannels की सुविधा है, उन्हें 3 डी सेल संस्कृति scaffolds के रूप में उपयुक्त बना रही है। धातु फोम का और एक 3 डी सेल पाड़ कि पारंपरिक झरझरा टेम्प्लेट की फिल्मों, लेकिन बड़े पैमाने पर परिवहन के भी बेहतर प्रबंधन (यानी, पोषक तत्वों, गैसों, कचरे की तुलना में न केवल उच्च कोशिका प्रसार को बढ़ावा देता है elastomer परिणाम का नियमित रूप से संरचना के संयुक्त गुण , आदि)। धातु टेम्पलेट की प्रकृति फोम आकार (यानी, रोल या फिल्मों) की आसान हेरफेर के लिए अनुमति देता है और interconnec संरक्षण, जबकि अलग सेल के अध्ययन के लिए विभिन्न रोमकूप आकार के मचानों की तैयारी के लिएटेम्पलेट के टेड झरझरा प्रकृति। एचिंग की प्रक्रिया इलास्टोमर के रसायन शास्त्र को प्रभावित नहीं करता है, उनके biocompatible और बायोडिग्रेडेबल प्रकृति के संरक्षण। हम बताते हैं कि इन smectic LCEs, जब व्यापक समय अवधि के लिए बड़ा हो गया, नैदानिक प्रासंगिक और जटिल ऊतक निर्माणों के अध्ययन के विकास और कोशिकाओं के प्रसार को बढ़ावा देने के लिए सक्षम है।
Introduction
वहाँ जैविक और biocompatible सिंथेटिक सेल के अध्ययन में और सेल लगाव और प्रसार 1, 2, 3, 4, 5 में लक्ष्य ऊतक पुनर्जनन के लिए आवेदन के लिए बनाया गया सामग्री के कई उदाहरण हैं। वहाँ biocompatible सामग्री, लिक्विड क्रिस्टल इलास्टोमर (LCEs) के रूप में जाना के कुछ उदाहरण, कि आणविक अनिसोट्रोपिक 6, 7 आदेश देने के साथ बाहरी उत्तेजनाओं का जवाब हो सकता है किया गया है। LCEs उत्तेजनाओं संवेदनशील सामग्री है कि ऑप्टिकल कार्यक्षमता और लिक्विड क्रिस्टल 8 की आणविक आदेश, 9 के साथ इलास्टोमर के यांत्रिक और लोचदार गुण गठबंधन कर रहे हैं। LCEs बाहरी stim के जवाब में आकार में परिवर्तन, यांत्रिक विरूपण, लोचदार व्यवहार, और ऑप्टिकल गुण अनुभव कर सकते हैंउली (यानी।, गर्मी, तनाव, प्रकाश, आदि) 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16। इससे पहले के अध्ययनों से पता चला है कि लिक्विड क्रिस्टल (LCS) विकास और 4 कोशिकाओं, 17 के उन्मुखीकरण को समझ सकते हैं। यह LCEs सेल मचान और संरेखण सहित जैविक रूप से और चिकित्सकीय प्रासंगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो सकता है कि तब संभव ग्रहण करने के लिए है। हम पहले एक "स्विस पनीर प्रकार" झरझरा आकृति विज्ञान 6, 18 की विशेषता smectic biocompatible, बायोडिग्रेडेबल, कच्चा-ढाला, और पतली LCEs फिल्मों की तैयारी सूचना दी है। हम यह भी कोशिकाओं की वृद्धि 19 <के लिए scaffolds जैसे गोलाकार आकृति विज्ञान के साथ nematic biocompatible LCEs तैयारsup> 20। हमारा काम ब्याज 21 के ऊतक के उन मैच के लिए सामग्री के यांत्रिक गुणों में बदलाव करने के उद्देश्य से किया गया था। इसके अलावा, इन अध्ययनों elastomer सेल बातचीत, साथ ही सेलुलर प्रतिक्रिया जब इलास्टोमर बाहरी उत्तेजनाओं के अधीन हैं समझने पर ध्यान केंद्रित।
मुख्य चुनौतियों LCEs elastomer मैट्रिक्स के माध्यम से सेल लगाव और पारगमन के लिए अनुमति देने के लिए की सरंध्रता अनुरूप बनाने के लिए भाग में और बेहतर जन परिवहन के लिए थे। इन पतली फिल्मों 6 की सरंध्रता मैट्रिक्स के थोक के माध्यम से सेल पारगमन के लिए अनुमति दी है, लेकिन सभी pores पूरी तरह से परस्पर थे या एक अधिक नियमित रूप से (सजातीय) छेद के आकार की थी। हम तो गोलाकार morphologies के साथ biocompatible nematic एलसीई इलास्टोमर को सूचना दी। ये nematic इलास्टोमर लगाव और कोशिकाओं के प्रसार के लिए अनुमति दी है, लेकिन छेद के आकार केवल 10-30 सुक्ष्ममापी, जो रोका से लेकर या इनमें से उपयोग सीमितसेल लाइनों 19, 20 की एक व्यापक विविधता के साथ इलास्टोमर।
कुंग एट अल द्वारा पिछले काम। एक "बलि" धातु टेम्पलेट का उपयोग कर ग्राफीन फोम के गठन से संबंधित पता चला है कि प्राप्त ग्राफीन फोम एक बहुत ही नियमित रूप से झरझरा आकृति विज्ञान चुना धातु टेम्पलेट 22 से तय था। यह पद्धति सरंध्रता और छेद के आकार का पूरा नियंत्रण प्रदान करता है। इसी समय, अलग टेम्पलेट के गठन के लिए फोम तैयारी करने से पहले आकार आघातवर्धनीयता और धातु टेम्पलेट के लचीलेपन की अनुमति। ऐसी सामग्री लीचिंग 23, गैस templating 24, या विद्युत काता फाइबर 25 के रूप में अन्य तकनीकों, 26 भी झरझरा सामग्री तैयार करने के लिए क्षमता प्रदान करते हैं, लेकिन वे और अधिक समय लेने वाली और, कुछ मामलों में, छेद के आकार तक सीमित है कर रहे हैं केवल कुछ माइक्रोमीटर। झागकी तरह 3 डी LCEs का उपयोग कर धातु टेम्पलेट्स एक उच्च सेल लोड के लिए अनुमति देने के लिए तैयार; एक बेहतर प्रसार की दर; सह संवर्धन; और, पिछले नहीं बल्कि कम से कम, बेहतर जन परिवहन प्रबंधन (यानी, पोषक तत्वों, गैस और अपशिष्ट) पूर्ण ऊतक विकास सुनिश्चित करने के लिए 27। फोम की तरह 3 डी LCEs भी सेल का मिलान भी सुधार करने के लिए दिखाई देते हैं; इस कोशिका वृद्धि और सेल उन्मुखीकरण संवेदन नियंत्रण रेखा पेंडेंट के संबंध में सबसे अधिक संभावना है। एलसीई भीतर नियंत्रण रेखा moieties की उपस्थिति एलसीई पाड़ के भीतर सेल स्थान के संबंध में सेल का मिलान को बढ़ाने के लिए प्रकट होता है। कोशिकाओं, एलसीई की struts भीतर संरेखित जबकि कोई स्पष्ट रुख जहां struts एक साथ (जंक्शनों) 27 में शामिल होने मनाया जाता है।
कुल मिलाकर, हमारे एलसीई एक सेल समर्थन माध्यम के रूप में सेल पाड़ मंच धुन पर अवसर प्रदान करता है elastomer आकृति विज्ञान और लोचदार संपत्तियों और विशेष रूप से (व्यक्तिगत) प्रकार की कोशिकाओं के संरेखण निर्देशित करने के लिए एक आदेश दिया है, स्थानिक व्यवस्था बनाने के लिए ओच कोशिकाओं जीवन प्रणालियों के समान है। इसके अलावा एक पाड़ को बनाए रखने और लंबी अवधि के सेलुलर विकास और प्रसार के निर्देशन में सक्षम प्रदान करने से, LCEs भी गतिशील प्रयोगों, जहां सेल अभिविन्यास और बातचीत मक्खी पर संशोधित किया जा सकता के लिए अनुमति देते हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
तरल क्रिस्टलीय इलास्टोमर हाल ही में अपने उत्तेजनाओं जवाबदेही के कारण biocompatible सेल scaffolds के रूप में अध्ययन किया गया है। वे सेल scaffolds के रूप में आदर्श प्लेटफॉर्म साबित हो गया है। हालांकि, एक महत्वपूर्ण कारक है ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस परियोजना की वित्तीय सहायता के लिए – लेखक केंट स्टेट यूनिवर्सिटी (ReMedIKS सहयोगात्मक अनुसंधान अनुदान और केंट स्टेट में पुनर्योजी चिकित्सा पहल के लिए समर्थन) का शुक्रिया अदा करना चाहते हैं।
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 |
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