إعداد المستندة إلى الشيتوزان الهلاميات المائية القابلة للحقن وتطبيقه في ثقافة الخلية 3D
Summary
هنا يصف لنا إعداد المستندة إلى الشيتوزان الحقن الهلاميات المائية باستخدام الكيمياء الحيوية ايمين السطحية. وترد أساليب لضبط القوة الميكانيكية المائية وتطبيقه في ثقافة الخلية 3D.
Abstract
ويقدم البروتوكول بطريقة سهلة وفعالة، وتنوعاً لتحضير الهلاميات المائية المستندة إلى الشيتوزان باستخدام الكيمياء الحيوية ايمين. المائية تعدها خلط حلول الشيتوزان جليكول مع جيلاتور بوليمر المركب benzaldehyde إنهاء، والهلاميات المائية يتم الحصول على كفاءة في عدة دقائق في درجة حرارة الغرفة. بنسب متفاوتة بين الشيتوزان غليكول، جيلاتور البوليمر، ومحتويات المياه، يتم الحصول على الهلاميات المائية تنوعاً مع أوقات مختلفة جيليشن وصلابة. عند تلف، يمكن استعادة المائية المظاهر ومعامل التحويل، نظراً لإمكانية الرجوع للسندات ايمين الديناميكية كروسلينكاجيس. تتيح هذه الخاصية الذاتية هيالابل المائية لأن الحقن يمكن أن تلتئم ذاتيا من القطع تقلص إلى المائية الأكبر لا يتجزأ بعد عملية الحقن. المائية أيضا متعددة تستجيب للعديد من المحفزات الحيوية النشطة بسبب حالات الموازنة المختلفة للسندات ايمين الديناميكية. وتم تأكيد هذا المائية الحيوية المتوافقة، وخلايا تنتجها الخلايا الليفية الماوس L929 كانت جزءا لا يتجزأ من الإجراءات القياسية التالية وقيمت تكاثر الخلايا بسهولة قبل عملية زراعة خلية 3D. المائية يمكن أن تقدم منهاج البحثية المختلفة حيث يتم استفادت من تقليد فسيولوجية لبيئة ثلاثية الأبعاد للخلايا القابلة لتعديل. جنبا إلى جنب مع خصائصه القابلة للحقن الذاتي هيالابل واستجابة متعددة، يمكن تطبيق الهلاميات المائية يحتمل أن تكون كشركات متعددة للأدوية والخلايا في التطبيقات الطبية الحيوية المستقبلية.
Introduction
الهلاميات المائية مواد البوليمر كروسلينكيد مع كميات كبيرة من المياه وخواصها الميكانيكية لينة، وأنها قد استخدمت في العديد من التطبيقات الطبية الحيوية1،2. الهلاميات المائية يمكن أن توفر بيئة لينة ورطبة، ومشابهة جداً لمحيط الفسيولوجية للخلايا في الجسم الحي. ولذلك، أصبحت الهلاميات المائية واحدة من السقالات الأكثر شعبية لخلية 3D الثقافة3،4. مقارنة 2D بيتري طبق خلية ثقافة، ثقافة الخلية 3D متقدمة بسرعة إلى عرض مصفوفة خارج الخلية (ECM) يحاكي المكروية للخلايا للاتصال وتجميع ل أغراض الانتشار والتفرقة5. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن توفر الهلاميات المائية التي تتضمن البوليمرات الطبيعية المتوافقة مع الحيوية وتعزيز البيئات للخلايا تتكاثر والتفريق بين3. الهلاميات المائية المستمدة من البوليمرات الاصطناعية المفضلة لمكوناتها بسيطة وواضحة، مما يستبعد التأثيرات المعقدة مثل البروتينات الحيوانية المنشأ أو الفيروسات. بين جميع المرشحين المائية لاستزراع خلية ثلاثية الأبعاد، دائماً الهلاميات المائية التي يتم إعدادها بسهولة وتحتوي على خاصية متسقة المفضل. مرفق لضبط الخصائص المائية لتناسب الاحتياجات البحثية المختلفة بأهمية جيدا6.
نقدم لك هنا إعداد السطحية المائية المستندة إلى الشيتوزان غليكول استخدام الكيمياء ايمين الحيوي، الذي يصبح منبرا متعدد الاستخدامات المائية للخلية 3D الثقافة7. في هذا الأسلوب، تستخدم الشيتوزان غليكول الحيوية المتوافقة المعروفة جيدا وضع أطر للشبكات المائية. هي رد فعل أفرقتها الأمينية مع غليكول البولي إثيلين benzaldehyde إنهاء جيلاتور البوليمر شكل سندات ايمين الديناميكية كروسلينكاجيس من الهلاميات المائية8. يمكن أن تشكل سندات ايمين دينامية وتتحلل عكسية ومستجيب للبيئة المحيطة، تزويد الهلاميات المائية مع قابل للتعديل آليا كروسلينكيد الشبكات9،،من1011. نظراً لارتفاع المياه محتوياته، والمواد الحيوية المتوافقة، والقوة الميكانيكية للتعديل، تطبيق المائية بنجاح سقالة للخلايا L929 في الخلية 3D الثقافة12،13. البروتوكول هنا تفاصيل الإجراءات، بما في ذلك البوليمر جيلاتور التوليف وإعداد المائية، تضمين الخلية، واستزراع خلية ثلاثية الأبعاد.
المائية يظهر أيضا العديد من الميزات الأخرى بسبب لها كروسلينكاجيس ايمين الحيوية، بما في ذلك ما متعددة استجابة لمختلف المحفزات الحيوية (حمض/الرقم الهيدروجيني، بيريدكسال مشتقات فيتامين B6، غراء البروتين، إلخ)، مما يشير إلى أن المائية يمكن أن تكون التي يسببها لتتحلل تحت الظروف الفسيولوجية8. المائية أيضا هيالابل الذاتية والحقن، مما يعني المائية يمكن أن تدار عن طريق أسلوب حقن الغازية الحد أدنى وكسب ميزة في المخدرات وخلية تسليم14،15. بإضافة إضافات وظيفية أو جيلاتورس البوليمر محددة مسبقاً، المائية متوافق للحصول على خصائص محددة مثل المغناطيسية، درجة الحرارة، درجة الحموضة مستجيبة، إلخ16،17، الذي يمكن أن يفي الحصول على مجموعة واسعة من الاحتياجات من البحوث. وتكشف هذه الخصائص المائية القدرات الكامنة لتكون حقن عدة شركات للأدوية، والخلايا في المختبر و في فيفو البحوث الطبية الحيوية والتطبيقات.
Protocol
Representative Results
Discussion
المائية عرضت في هذا البروتوكول (الشكل 1)، عنصرين رئيسيين هما: الشيتوزان غليكول البوليمر الطبيعي وبينزالديهيدي اصطناعية أنهى البوليمر جيلاتور الوتد مدافع، التي هي على حد سواء المواد متوافق حيويا. ويرد توليف الوتد مدافع استخدام فعل تعديل خطوة واحدة. واختير شماعة الوزن الجز?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا البحث “الوطني العلم مؤسسة في الصين” (21474057 و 21604076).
Materials
| Glycol chitosan | Wako Pure Chemical Industries | 39280-86-9 | 90% degree of deacetylation |
| 4-Carboxybenzaldehyde | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 619-66-9 | 99% |
| N, N'-dicyclohexylcarbodiimide | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 538-75-0 | 99% |
| Calcium chloride anhydrous | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 10043-52-4 | 96% |
| 4-dimethylamiopryidine | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 1122-58 | 99% |
| Polyethyleneglycol | Sino-pharm Chemical Reagent | 5254-43-7 | 99% |
| Tetrahydrofuran | Sino-pharm Chemical Reagent | 109-99-9 | 99% |
| Toluene | Sino-pharm Chemical Reagent | 108-88-3 | 99% |
| Ethyl ether | Sino-pharm Chemical Reagent | 60-29-7 | 99% |
| Acetic acid | Sino-pharm Chemical Reagent | 64-19-7 | 99% |
| Anhydrous CaCl2 | Sino-pharm Chemical Reagent | 10043-52-4 | 99% |
| Fluorescein diacetate | Sigma | 596-09-8 | 99% |
| Propidium iodide | Sigma | 25535-16-4 | 94% |
| RPMI-1640 culture media | Gibco | ||
| Fetal bovine serum | Gibco | ||
| Trypsin-EDTA | Gibco | 0.25% | |
| PBS | Solarbio | 0.01 M | |
| Penicillin streptomycin solution | Hyclone | 10,000 U/mL | |
| Rheometer | TA Instrument | AR-G2 | |
| Confocal microscope | Zeiss | 710-3channel | |
| L929 Cells | ATCC | NCTC clone 929; L cell, L929, derivative of Strain L | |
| Evaporator | EYELA | N-1100 | |
| 48 guage needle | ShanghaiZhiyu Medical Material Co., LTD | 48-guage | |
| Microscope | Leica | DM3000 B | |
| Microscope software | Imaris | ||
| Heat gun | Confu | KF-5843 | |
| Petri dish | NEST |
References
- Hoffman, A. S. Hydrogels for biomedical applications. Adv. Drug. Deliver. Rev. 64, 18-23 (2012).
- Seliktar, D. Designing cell-compatible hydrogels for biomedical applications. Science. 336 (6085), 1124-1128 (2012).
- Tibbitt, M. W., Anseth, K. S. Hydrogels as extracellular matrix mimics for 3D cell culture. Biotechnol. Bioeng. 103 (4), 655-663 (2009).
- Sawicki, L. A., Kloxin, A. M. Light-mediated Formation and Patterning of Hydrogels for Cell Culture Applications. J. Vis. Exp. (115), (2016).
- Haycock, J. W. 3D cell culture: a review of current approaches and techniques. 3D Cell Culture: Methods and Protocols. , 1-15 (2011).
- Breslin, S., O’Driscoll, L. Three-dimensional cell culture: the missing link in drug discovery. Drug. Discov. Today. 18 (5), 240-249 (2013).
- Yang, B., et al. Facilely prepared inexpensive and biocompatible self-healing hydrogel: a new injectable cell therapy carrier. Polym. Chem. 3 (12), 3235-3238 (2012).
- Zhang, Y., Tao, L., Li, S., Wei, Y. Synthesis of multiresponsive and dynamic chitosan-based hydrogels for controlled release of bioactive molecules. Biomacromolecules. 12 (8), 2894-2901 (2011).
- Cao, L., et al. An injectable hydrogel formed by in situ cross-linking of glycol chitosan and multi-benzaldehyde functionalized PEG analogues for cartilage tissue engineering. J. Mater. Chem. B. 3 (7), 1268-1280 (2015).
- Ding, F., et al. A dynamic and self-crosslinked polysaccharide hydrogel with autonomous self-healing ability. Soft Matter. 11 (20), 3971-3976 (2015).
- Wei, Z., et al. Self-healing gels based on constitutional dynamic chemistry and their potential applications. Chem. Soc. Rev. 43 (23), 8114-8131 (2014).
- Li, Y., et al. Modulus-regulated 3D-cell proliferation in an injectable self-healing hydrogel. Colloid. Surface. B. 149, 168-173 (2017).
- Tseng, T. C., et al. An Injectable, Self‐Healing Hydrogel to Repair the Central Nervous System. Adv. Mater. 27 (23), 3518-3524 (2015).
- Yu, L., Ding, J. Injectable hydrogels as unique biomedical materials. Chem. Soc. Rev. 37 (8), 1473-1481 (2008).
- Yang, L., et al. Improving Tumor Chemotherapy Effect by Using an Injectable Self-healing Hydrogel as Drug Carrier. Polym. Chem. , (2017).
- Zhang, Y., et al. A magnetic self-healing hydrogel. Chem. Commun. 48 (74), 9305-9307 (2012).
- Zhang, Y., et al. Synthesis of an injectable, self-healable and dual responsive hydrogel for drug delivery and 3D cell cultivation. Polym. Chem. 8 (3), 537-534 (2017).
- Yang, C., Tibbitt, M. W., Basta, L., Anseth, K. S. Mechanical memory and dosing influence stem cell fate. Nat. Mater. 13 (6), 645-652 (2014).
- Geerligs, M., Peters, G. W., Ackermans, P. A., Oomens, C. W., Baaijens, F. Linear viscoelastic behavior of subcutaneous adipose tissue. Biorheology. 45 (6), 677-688 (2008).
- Banerjee, A., et al. The influence of hydrogel modulus on the proliferation and differentiation of encapsulated neural stem cells. Biomaterials. 30 (27), 4695-4699 (2009).
- Benoit, D. S., Schwartz, M. P., Durney, A. R., Anseth, K. S. Small functional groups for controlled differentiation of hydrogel-encapsulated human mesenchymal stem cells. Nat. Mater. 7 (10), 816-823 (2008).
