주 사용 Hydrogels 키토 산 기반 및 3D 세포 배양에서의 응용의 준비
Summary
여기는 키토 산 기반의 주 사용 hydrogels 동적 것 화학을 사용 하 여 손쉬운 준비에 설명 합니다. 하이드로 겔의 기계적 강도 및 3D 세포 배양에서의 응용 프로그램을 조정 하는 방법은 제시 하는.
Abstract
프로토콜 키토 산 기반 hydrogels 동적 것 화학을 사용 하 여 준비 하기 손쉬운 효율적이 고 다양 한 메서드를 제공 합니다. 하이드로 겔 합성된 benzaldehyde 종료 폴리머 gelator와 글리콜 키토 산의 솔루션을 혼합 하 여 준비 되 고 hydrogels 실 온에서 몇 분에 효율적으로 얻을 수 있습니다. 글리콜 키토 산, 폴리머 gelator, 및 물 내용 사이 다양 한 비율에 의해 다른 겔 화 시간 및 강성 다목적 hydrogels 얻을 수 있습니다. 손상, 그것의 외관 및 계수, crosslinkages로 동적 것 유대의 가역 때문에 히드로 복구할 수 있습니다. 이 자체 healable 속성에는 히드로 주입 과정 후 필수 대량 하이드로 겔을 압착된 조각에서 자체 치유 될 수 있기 때문에 주사 될 수 있습니다. 하이드로 겔 멀티 동적 것 유대의 다른 평형 상태 때문에 많은 바이오-액티브 자극에 반응 이기도합니다. 이 히드로 바이오 호환으로 확인 됐다 고 L929 마우스 fibroblast 세포 포함 된 다음과 같은 표준 절차 이었고 셀 확산 쉽게 3D 세포 배양 과정에 의해 평가 되었다. 히드로 셀에 대 한 3D 환경의 생리 적 모방 이익이 되었다 다른 연구에 대 한 조정 플랫폼을 제공할 수 있습니다. 다중 응답, 자체 healable 및 주 사용 속성을 함께 hydrogels 마약과 셀 미래 바이오-의료 응용 프로그램에 대 한 여러 사업자로 잠재적으로 적용할 수 있습니다.
Introduction
Hydrogels는 많은 양의 물과 부드러운 기계적 성질, 가교 된 고분자 재료 그리고 그들은 많은 바이오-의료1,2에 사용 되었습니다. Hydrogels는 vivo에서세포에 대 한 생리 적인 환경에 매우 비슷한 부드럽고 젖은 환경을 제공할 수 있습니다. 따라서, hydrogels 3D 셀 문화3,4건설 하는 가장 인기 있는 기계 중 하나가 되고있다. 2D 페 트리 접시 세포 배양에 비해, 3 차원 세포 배양 한 세포 외 기질 (ECM) 유사 문의 확산 및 감 별 법 목적5조립 하는 셀에 대 한 microenvironment 제공 하 신속 하 게 전진 했다. 또한, hydrogels 천연 고분자를 포함 하 수 증식 및 분화3셀 바이오 호환 및 추진 환경을 제공 하 고 있다. 합성 중합체에서 파생 된 Hydrogels 동물 유래 단백질 이나 바이러스 같은 복잡 한 영향을 제외 그들의 간단 하 고 명확한 구성 선호 됩니다. 3D 세포 배양에 대 한 모든 히드로 후보자, 중 hydrogels 쉽게 준비 하 고 일관 된 속성을 항상 선호 됩니다. 하이드로 겔의 다른 연구 요구 사항에 맞게 속성 조정 시설 뿐만 아니라6으로 중요 하다.
여기 우리는 글리콜 키토 산 기반의 히드로 동적 것 화학, 3D 셀 문화7다목적 히드로 플랫폼을 사용 하 여 손쉬운 준비 소개. 이 방법에서는, 잘 알려진 바이오 호환 글리콜 키토 산 하이드로 겔의 네트워크의 프레임을 설정 하는 데 사용 됩니다. 아미노 그룹은 hydrogels8의 crosslinkages로 동적 것 유대를 형성 하는 폴리머 gelator로 종료 benzaldehyde 폴 리 에틸렌 글리콜과 반응. 동적 것 유대 형성 하 고 기계적으로 조정 가능한 가교 된 네트워크9,,1011hydrogels 부여 주변 역 고 responsively 분해 수 있습니다. 높은 물 내용을, 바이오 호환 재료, 및 조정 가능한 기계적인 힘는 하이드로 겔 3D 셀 문화12,13L929 세포에 대 한 발판으로 성공적으로 적용 됩니다. 여기에 프로토콜 등 폴리머 gelator 합성, 히드로 준비, 셀 포함, 3D 세포 배양 절차를 자세히 설명 합니다.
히드로 동적 것 crosslinkages, 다중 응답 다양 한 바이오-자극 (산/pH, 비타민 B6 파생 pyridoxal, 단백질 papain, 등)을 포함 하 여, 히드로 것을 나타내는 때문에 여러 가지 다른 기능을 보여 줍니다. 8생리 적 조건 분해를 유도 한다. 하이드로 겔은 또한 자체 healable 고 주 사용는 히드로 최소한의 침략 적 주입 방법을 통해 관리 될 수 및 약물 및 세포 배달14,15에서 얻을. 추가 하 여 기능 첨가제 또는 특정 미리 디자인 된 폴리머 gelators는 히드로 얻고 자기, 온도, pH, 등16,17, 이행할 수 있는 같은 특정 속성에 호환 되는 요구 사항 연구의 넓은 범위. 이러한 속성 주 사용 하는 하이드로 겔의 잠재 능력 약물과 생체 외에서 그리고 vivo에서 생물 의학 연구 및 응용 프로그램에서 셀에 대 한 여러 사업자 공개.
Protocol
Representative Results
Discussion
하이드로 겔이이 프로토콜 (그림 1)에 두 가지 주요 구성 요소: 자연 폴리머 글리콜 키토 산 합성 benzaldehyde 종료 폴리머 gelator DF 못, 두 생체 재료입니다. DF 말뚝의 합성 단계 수정 반응을 사용 하 여 제공 됩니다. 분자량 4000의 PEG 하이드로 겔 강성 뿐만 아니라 가용성, 수정 효율성의 문제에서이 프로토콜에 선정 되었다. 다른 기계적인 힘을 가진 hydrogels의 시리즈는 다른 고체…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 국립 과학 재단의 중국 (21474057 및 21604076)에 의해 지원 되었다.
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).
