Method Article

الشعرية قوة الطباعة الحجرية لهندسة الأنسجة القلبية

DOI:

10.3791/50039

⸱

June 10th, 2014

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Bioengineering, University of Washington, 2Department of Pathology, University of Washington

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في هذا البروتوكول ، نوضح تصنيع طبقات أساسية لثقافة خلايا القلب المقلدة الحيوية المصنوعة من مادتين بوليمريتين متميزتين باستخدام الطباعة الحجرية للقوة الشعرية. توفر الطرق الموصوفة تقنية قابلة للتطوير وفعالة من حيث التكلفة لهندسة بنية ووظيفة أنسجة القلب العيانية للتطبيقات في المختبر وفي الجسم الحي.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لا تزال أمراض القلب والشرايين السبب الرئيسي للوفاة في العالم 1. هندسة الأنسجة القلبية يحمل الكثير من الأمل لتقديم الاكتشافات الطبية الرائدة مع أهداف تطوير أنسجة وظيفية لتجديد القلب، وكذلك في فحوصات المختبر فحص. ومع ذلك، فقد ثبت القدرة على خلق نماذج عالية الدقة من أنسجة القلب صعبة. القلب المصفوفة خارج الخلية (ECM) هو بنية معقدة تتألف من إشارات البيوكيميائية والنشاط الحيوي بدءا من الدقيقة لمقياس متناهي الصغر 2. ظروف التحميل الميكانيكية والتفاعلات خلية ECM المحلية في الآونة الأخيرة تم الاعتراف بها باعتبارها مكونات حيوية في هندسة الأنسجة القلبية 3-5.

ويتألف جزء كبير من ECM القلب من ألياف الكولاجين الانحياز بأقطار نانو النطاق الذي يؤثر بشكل كبير العمارة الأنسجة واقتران الكهروميكانيكية 2. للأسف، عدد قليل من الطرق هفه كان قادرا على تقليد تنظيم ألياف ECM وصولا الى مقياس متناهي الصغر. التطورات الأخيرة في تقنيات nanofabrication، ومع ذلك، مكنت تصميم وتصنيع السقالات تحجيم التي تحاكي في الجسم الحي العظة صلابة الهيكلية والركيزة للECM في قلب 6-9.

هنا نقدم تطوير اثنين من استنساخه، والعمليات nanopatterning قابلة للمحاذاة الوظيفية للخلايا القلب باستخدام البوليمر بولي حيويا (lactide-CO-glycolide) (PLGA) 8 والبولي يوريثان (PU) البوليمر المستندة فعالة من حيث التكلفة، و. هذه الطبقات التحتية nanofabricated anisotropically (ANFS) تحاكي ECM الكامنة وراء والأنسجة الانحياز منظمة تنظيما جيدا، ويمكن استخدامها للتحقيق في دور nanotopography على مورفولوجيا الخلايا وظيفة 10-14.

باستخدام nanopatterned (NP) سيد السيليكون كقالب، ولفق اكريليت البولي يوريثين (بوا) العفن. ثم يتم استخدام هذا القالب لبوا سنوياttern بو أو PLGA هيدروجيل عبر بمساعدة الأشعة فوق البنفسجية أو المذيبات بوساطة الطباعة الحجرية القوة الشعرية (كفل)، على التوالي 15،16. لفترة وجيزة، بو أو PLGA قبل البوليمر هو انخفاض الاستغناء على ساترة الزجاج ويوضع القالب بوا على القمة. لبمساعدة الأشعة فوق البنفسجية كفل، ومن ثم يتعرض بو للأشعة فوق البنفسجية (λ = 250-400 نانومتر) لعلاج. لبوساطة المذيبات كفل، هو منقوش على PLGA باستخدام الحرارة (120 درجة مئوية) وضغط (100 كيلو باسكال). بعد المعالجة، ومقشر القالب بوا قبالة، مخلفا وراءه ANFS للثقافة الخلية. الخلايا الأولية، مثل حديثي الولادة myocytes البطين الفئران، وكذلك الجذعية المشتقة من الخلايا العضلية المحفزة الإنسان، يمكن الحفاظ على ANFS 2.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أمراض القلب والأوعية الدموية هي السبب الرئيسي للمراضة والوفيات في العالم، وتقديم عبئا الاجتماعية والاقتصادية ذات الثقل على 1،17 النظام الصحي العالمي المتوترة بالفعل. هندسة الأنسجة القلبية لديه هدفين مختلفين: (1) لتجديد عضلة القلب التالفة بعد مرض نقص تروية عضلة القلب أو أو (2) لإنشاء نموذج عالي الدقة من القلب في المختبر لفحص المخدرات أو النمذجة المرض.

القلب هو جهاز معقد التي يجب أن تعمل باستمرار لتزويد الدم للجسم. يتم ترتيب الهياكل الصفحي المكتظ العضلية والأنسجة الداعمة في أنماط حلزونية في جميع أنحاء جدار القلب 18،19. كما يقترن قلب الكتروميكانيكية 20 بطريقة منسقة للغاية لإخراج الدم بكفاءة إلى الجسم 21. لا تزال العديد من العقبات الرئيسية التي يتعين معالجتها، ومع ذلك، قبل أن موثوق تلخيصها تصميم الطبيعة معقدة في المختبر.أولا، على الرغم من أن وسائل قوية cardiomyocyte التمايز مواصلة تطوير 22، hPSC-مضادة يزال يحمل الظواهر غير ناضجة إلى حد ما. هذه الخصائص الكهروميكانيكية والتشكل أكثرها توافقا مع مستويات الجنين 23. الثانية، عندما يوضع في ظروف الثقافة التقليدية، وفشل كل الجذعية المشتقة الخلايا العضلية الأولية وإلى التجمع في وهياكل الأنسجة مثل الأم. بدلا من ذلك، تصبح الخلايا موجهة بشكل عشوائي ولا يحمل تجمعت على شكل قضيب ظهور عضلة القلب الكبار 24.

وخارج الخلية المصفوفة (ECM) البيئة التي تتفاعل الخلايا تلعب دورا هاما في العديد من العمليات الخلوية 11،13،25. يتكون من ECM واضحة المعالم العظة معقدة، الجزيئية والطوبوغرافية التي تؤثر بشكل كبير على بنية ووظيفة خلايا 6،26. داخل القلب، والمحاذاة الخلوية تتابع عن كثب الألياف ECM مقياس متناهي الصغر الكامنة 2. تأثير هذه nanotopographالعظة كال على الخلايا والأنسجة وظيفة، ومع ذلك، لا يزال بعيدا عن المفهوم تماما. الدراسات الأولية للتفاعل خلايا بيولوجية مقياس متناهي الصغر تشير إلى الأهمية المحتملة وتأثير الفرعية ميكرون العظة الطبوغرافية للخلية مما يشير 27، التصاق 28-30، والنمو 31، والتمايز 32،33. ولكن نظرا لصعوبة في تطوير ركائز nanofabricated استنساخه وقابلة للتطوير، مثل هذه الدراسات لا يمكن أن تتكاثر آثار الخلوية متعددة على نطاق المجمع في بيئة ECM الجسم الحي. في هذا البروتوكول، وصفت تقنية nanofabrication واضحة وفعالة من حيث التكلفة لإنتاج السقالات خلية ثقافة محاكاة الأم محاذاة الألياف ECM القلب، مما يسمح لمجموعة واسعة من التحقيقات الرواية من التفاعلات cardiomyocyte مادة بيولوجية. يمكن فهم كيفية تفاعل العضلية مع البيئة ECM النانو تسمح القدرة على التحكم في السلوك الخلوية إلى أكثر من تقليد كثب ظائفه الأنسجة الأمنشوئها. علاوة على ذلك، الطبقات الوحيدة الخلية هي نظام تجريبية مبسطة مقارنة مع هياكل 3D ولكن لا يزال سلوكا متعددة الخلايا المعقدة للتحقيقات الثاقبة والفرز وظيفية 2،34-36. أخيرا، يمكن أن تستخدم مثل هذه السقالات لتحسين وظيفة الخلوية الكسب غير المشروع عندما زرعت في قلب لأغراض التجدد 37.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وتجرى جميع الإجراءات في درجة حرارة الغرفة (~ 23 درجة مئوية) ما لم يذكر خلاف ذلك.

1. تلفيق سيليكون ماستر

  1. رقاقة السيليكون نظيفة مع الإيثانول بنسبة 100٪ أو الزيلين والجافة تحت O 2/2 N الغاز.
  2. وضع رقاقة السيليكون في المغطي تدور بسرعات دوران 2،000-4،000 دورة في الدقيقة لإنتاج فيلم سميكة 0.3-0.5 ميكرومتر.
  3. نمط الفيلم مقاوم الضوء مع أبعاد الصحيح باستخدام نظام ضوئيه
  4. تزج تماما رقائق السليكون مغلفة مقاومة للضوء منقوشة في حجم مناسب من حل مقاوم الضوء النامية.
  5. شطف رقائق السليكون مغلفة مقاومة للضوء وضعها مع الماء منزوع الأيونات.
  6. لتشكيل صفائف ميكرون الفرعي التلال النطاق مع قرب الجدران الجانبية العمودي، عميق رد الفعل ايون حفر السيليكون يتعرض باستخدام نظام الحفر.
  7. إزالة مقاوم الضوء المتبقية عن طريق وضع رقاقة السيليكون في نظام آشر البلازما.
  8. قطع السيليكون ثAFERS مع قطع الماس ذات الرؤوس في الماجستير السيليكون بحجم مناسب لاحقة صب متماثلة.

2. تلفيق بوا قالب من السيليكون ماستر

ملاحظة: سوف حجم تضاف إلى سيد السيليكون لnanofabrication تختلف تبعا للمنطقة للسيد nanopatterned لتكرارها وكذلك لزوجة اكريليت البولي يوريثين (بوا) حل.

  1. نظيفة سطح سيد السيليكون مع الإيثانول بنسبة 100٪ أو الزيلين والجافة تحت O 2/2 N الغاز.
  2. وضع نمط الماجستير السيليكون الجانب حتى في طبق بتري.
  3. للسيد السيليكون مع 2 سم × 2 سم نمط السطح، ماصة 40 ميكرولتر من PUA إلى سطح النمط.
  4. وضع ورقة من 4 سم × 4 سم شفافة البوليستر (PET) الفيلم على الاستغناء بوا.
  5. اضغط لأسفل على ورقة PET ونشر بوا تحت ورقة عبر مواجهة نمط باستخدام الأسطوانة أو سطح مستو ارتفع (مثل بطاقة) بحيث بأكملهتتناول نمط من prepolymer بوا.
  6. وضع سيد السيليكون، prepolymer، وPET حوالي 10 سم تحت ضوء 20 واط (115 V) والأشعة فوق البنفسجية (λ = 365 نانومتر) لمدة 50 ثانية. لكي تكون فعالة، لا يمكن للضوء الأشعة فوق البنفسجية الطول الموجي يكون في أي مكان بين 310-400 نانومتر. شدة الضوء 10-15 ميغاواط / سم 2 على سطح الركيزة.
  7. بعد علاج، إزالة الفيلم PET ببطء مع ملقط. بوا يجب نعلق على الفيلم PET مع السلبية للnanopattern الماجستير السيليكون.
  8. علاج nanopatterns بوا / PET تحت الأشعة فوق البنفسجية لمدة 12 ساعة على الأقل قبل استخدامها. التعرض المفرط ليست قضية.
  9. لتنظيف سادة السيليكون، ووضع فيلم آخر من الدائرة على رأس سيد بدون إضافة بوا وفضح لضوء الأشعة فوق البنفسجية (λ = 365 نانومتر) لمدة 50 ثانية وإزالة الفيلم PET. سيؤدي هذا إلى إزالة أي مونومرات غير المتفاعل.
  10. شطف سيد السيليكون مع الإيثانول بنسبة 100٪ أو الزيلين والجافة تحت O 2/2 N الغاز.

3A. Nanopatterning من مادة البولي يوريثين البوليمر

  1. إعداد 25 مم الشرائح الزجاجية الدائرية عن طريق وضع في غرفة العلاج بالأوزون لمدة 10 دقيقة.
  2. وضع الشرائح الزجاجية المعالجة الأوزون على كتلة صغيرة PDMS لسهولة التعامل.
  3. تطبيق طبقة رقيقة من سطح التصاق المروج مع الفرشاة على الشرائح الزجاجية. الهواء الشرائح الزجاجية الجافة لمدة 30 دقيقة.
  4. وضع شريحة زجاجية على قطعة من ورق الطابعة.
  5. إسقاط الاستغناء 10 ميكرولتر من البولي يوريثان (PU) قبل البوليمر (NOA 76) إلى وسط شريحة زجاجية. تأكد من عدم وجود فقاعات موجودة بعد إضافة.
  6. المكان بوا العفن، ونمط وجهه لأسفل، على شريحة زجاجية. تفريق بو موحد في جميع أنحاء سطح شريحة زجاجية من قبل المتداول الأسطوانة الاسطوانة المطاطية على طول العفن بوا. ورقة الطابعة استيعاب البوليمر تجاوز.
  7. واط مصباح الأشعة فوق البنفسجية. الوقت البلمرة من بو يعتمد على قوة مصدر للأشعة فوق البنفسجية.
  8. إزالة عينة من مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية وقشر بعناية القالب بوا بو المغلفة من شريحة زجاجية. يعتبر البلمرة من بو جomplete عند القشور العفن بوا نظيفة بعيدا عن العينة والزجاج الشريحة بو له مظهر براق.
  9. وضع العينات في الانتهاء مجفف للتخزين لفترة طويلة كما في الشهر.

3B. Nanopatterning بولي (Lactide المشارك-Glycolide) هيدروجيل

  1. إنشاء قالب PDMS شقة عن طريق خلط بقوة سيليكون قاعدة المطاط الصناعي والمطاط الصناعي سيليكون كيل علاج في نسبة 10:1.
  2. صب PDMS مختلطة السلائف الحل في طبق بتري بحيث السلائف PDMS تصل إلى 5 مم حتى حافة الطبق (أي بحيث PDMS هو 5 مم).
  3. وضع طبق بتري وPDMS السلائف في مجفف لمدة 1 ساعة لديغا.
  4. نقل طبق بتري وPDMS السلائف في الفرن 65 درجة مئوية لمدة 2 ساعة على الأقل لعلاج.
  5. بعد الشفاء PDMS، استخدم شفرة حلاقة لقطع PDMS شقة في 3 سم × 3 سم أقسام مربع. وسوف تكون هذه القوالب PDMS شقة تستخدم لاحقا في عملية الزخرفة.
  6. نظيفة 25 مم الشرائح الزجاجية الدائرية التي كتبها plالتفوق في ايزوبروبيل لمدة 30 دقيقة في sonicator المياه.
  7. الجافة الشرائح الزجاجية تنظيفها تحت O 2/2 N الغاز.
  8. إسقاط الاستغناء 100 ميكرولتر من حل PLGA (15٪ ث / ت PLGA في الكلوروفورم) على شريحة زجاجية.
  9. وضع قالب PDMS شقة على أعلى PLGA الاستغناء لامتصاص المذيبات والحصول على سطح مستو PLGA. تطبيق الضغط الخفيف (~ 10 كيلو باسكال) عن طريق وضع 200 غرام من الوزن على الجزء العلوي من PDMS لمدة 5 دقائق.
  10. قشر ببطء بعيدا العفن PDMS شقة ووضع غطاء زجاجي على طبق مسخن (120 درجة مئوية) لمدة 5 دقائق لإزالة المذيبات المتبقية وزيادة التصاق بين PLGA وغطاء زجاجي.
  11. وضع القالب NP بوا على رأس PLGA مسطحة وتطبيق الضغط المستمر (~ 100 كيلو باسكال) والحرارة (120 درجة مئوية) من خلال وضع 1 كجم الوزن على الجزء العلوي من العفن بوا بينما على لوحة التسخين لمدة 15 دقيقة.
  12. إزالة الوزن من PLGA غطاء الشريحة والسماح للالطبقات التحتية لتبريد إلى درجة حرارة الغرفة. لا تقم بإزالة العفن بوا حتى كانت الطبقات التحتيةتبريده.
  13. بمجرد أن يبرد الطبقات التحتية بما فيه الكفاية، قشر بعناية بعيدا عن العفن NP بوا، وكشف عن التحتية NP PLGA. يجب أن يكون قوام NP PLGA مظهر براق.
  14. وضع العينات في الانتهاء مجفف للتخزين لفترة طويلة كما في الشهر.

4. البذر الخليوي والثقافة

ملاحظة: هذا البروتوكول يصف ثقافة الأطفال حديثي الولادة myocytes البطين الفئران (NRVMs) والعضلية H7 الإنسان الجذعية الجنينية المستمدة من الخلايا (HESC-CMS) ولكن مصادر خلية أخرى يمكن استخدامها.

  1. نعلق لل coverslips ANFS (PU أو PLGA) إلى 35 ملم زراعة الأنسجة طبق البوليسترين. ماصة 20 ميكرولتر من نورلاند البصرية لاصق (NOA83H) إلى الجزء السفلي من الطبق وبلطف ضع ساترة ANFS على رأس NOA. تسمح الغراء لنشر وتغطية كامل أسفل ساترة. علاج NOA من خلال تعريض طبق للأشعة فوق البنفسجية لمدة 10 دقيقة.
  2. تعقيم ANFS قبل الشطف مع 2 مل من محلول الإيثانول 70٪ مائي لمدة 5 دقائق، مرتين. إزالة البريدthanol بواسطة الشفط. السماح لANFS تماما الجافة الهواء ل~ 1 ساعة تحت مصباح الأشعة فوق البنفسجية التعقيم (λ = 200-290 نانومتر) في خزانة السلامة البيولوجية.
  3. ومما يعزز التصاق الخلوية بواسطة طلاء ANFS في فبرونيكتين بين عشية وضحاها. تمييع فبرونيكتين في الماء DI إلى 5 ميكروغرام / مل. ماصة 2 مل من محلول فبرونيكتين في الطبق. وضع في حاضنة عند 37 درجة مئوية و 5٪ CO 2 بين عشية وضحاها (لا يقل عن 6 ساعة).
  4. الحصول NRVMs، HESC-CMS، أو خلايا القلب وغيرها من الفائدة وفقا لبروتوكولات السابقة 22.
  5. عينة خلية الطرد المركزي في 1000 دورة في الدقيقة لمدة 3 دقائق لخلايا بيليه.
  6. إزالة بعناية طاف بواسطة الطموح. تأكد من عدم تعكير صفو بيليه.
  7. الخلايا resuspend في وسائل الإعلام ثقافة مناسبة لتركيز 4.6 × 10 6 خلية / مل.
  8. ماصة بعناية 200 ميكرولتر من تعليق خلية على ANFS تعقيمها. تأكد من يبقى تعليق الخلية على ساترة.
  9. وضع الخلايا في الحاضنة عند 37 درجة مئوية و 5٪CO 2 لمدة 4 ساعة للسماح للخلايا لنعلق على ANFS.
  10. إضافة 2 مل من وسائل الإعلام ثقافة الحارة إلى طبق واستبدال الخلايا في الحاضنة تحت نفس الظروف.
  11. بعد 24 ساعة، وإزالة وسائل الإعلام، ويغسل مع 2 مل من DPBS مرتين لإزالة الخلايا الزائدة.
  12. إضافة 2 مل من وسائل الإعلام ثقافة الحارة إلى طبق واستبدال الخلايا في الحاضنة تحت نفس الظروف. ثقافة الخلايا لنقطة التقاء. استبدال وسائل الإعلام كل يوم.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الرقم 1 هو لمحة التخطيطي لعملية الإنتاج لأساليب تلفيق اثنين. بسبب حيود الضوء الناجم عن تضاريس النانو، ينبغي أن يؤدي nanopatterning في سطح قزحي الألوان إلى ANFS الشكل 2 يصور هذا السطح قزحي الألوان على منقوشة جيدا 25 ملم NP-PU ساترة (الشكل 2A) مع التلال 800 نانومتر والأخدود عرض (الشكل 2B). وظهور قزحي الألوان من ANFS تختلف قليلا اعتمادا على التلال والأخدود الاعراض.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أنسجة القلب ناضجة وظيفيا التي يفتقر إليها سواء في الجسم الحي والتطبيقات في المختبر من هندسة الأنسجة القلبية. الأساليب nanofabrication كفل الموصوفة هنا هي تقنيات قوية لتحقيق المواءمة الخلوية والتأثير على وظيفة الأنسجة العيانية نظرا لقابلية النظام. ويمكن بسهولة أن مناطق واسعة منقوشة وتستخدم لزراعة الخلايا. محاذاة الخلوية العيانية أمر أساسي في هندسة الأنسجة القلبية من أجل خلق بيوميمتيك، الأنسجة وظيفية كما أنها تؤثر الخصائص الميكانيكية والكهربائية على حد سواء من عضلة...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تشكر D. H. Kim قسم الهندسة الحيوية بجامعة واشنطن على صندوق بدء تشغيل أعضاء هيئة التدريس الجديد. يتم دعم D.H. Kim أيضا من خلال جائزة Perkins Coie للاكتشاف ، وجائزة شراكة البحوث الانتقالية لمؤسسة Wallace H. Coulter Foundation ، وصندوق اكتشاف علوم الحياة بولاية واشنطن ، ومنحة تطوير علماء جمعية القلب الأمريكية (13SDG14560076). يشكر J. Macadangdang و A. Jiao الدعم المقدم من الهندسة الحيوية في المعاهد الوطنية للصحة زمالة منحة تدريب القلب والأوعية الدموية. يأتي الدعم الإضافي لهذا العمل من منحة المعاهد الوطنية للصحة (NIH) R01HL111197 إلى M. Regnier.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
فيبرونيكتينBD Biosciences354008
NOA 76Norland Products، Inc.7606B
التصاق السطح Promotor (الزجاج التمهيدي)Minuta Tech
PUAMinuta TechMINS-311RM
الأسطوانة المطاطية الناعمةSpeedball
رقائق السيليكونNOVA المواد الإلكترونيةFA01-9900
مقاوم للضوءشيبليSPRT510
مطور مقاوم للضوءبشعاع إلكتروني من شيبليMF320
JEOLJBX-9300FS
أنظمةتكنولوجيا السطحNP10 8UJ
نظام البلازما آشرBMR Technology Co.DSF-200
نظام علاج الأوزونMinuta TechMT-UV-O- 08
نظام علاج الانصهارMinuta TechMT-UV-A 11
NOA 83HNorland Products، Inc.8301
Spin CoaterLaurel TechnologyWS-400-6NPP
Skyrol PET FilmSKC Co.، Ltd.23038-59-9
25 مم شرائح زجاجيةCorning2948
Sylgard 184 مجموعة المطاط الصناعي من السيليكونDow Corning6/5/2553
Poly (D ، L-lactide-co-glycolide)Sigma-AldrichP2191-1G
ChloroformSigma-Aldrich372978-1L
500 g أوزانGlobal InustrialT9FB503120
كحول الأيزوبروبيلEMD MilliporePX1835-2
لوحة ساخنةCorningPC-420D
SonicatorبرانسونB2510MTH
نظام الطباعة الحجرية

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Lozano, R., et al. Global and regional mortality from 235 causes of death for 20 age groups in 1990 and 2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010. The Lancet. 380, 2095-2128 (2012).
  2. Kim, D. -H., et al. Nanoscale cues regulate the structure and function of macroscopic cardiac tissue constructs. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107, 565-570 (2010).
  3. Tulloch, N. L., et al. Growth of Engineered Human Myocardium With Mechanical Loading and Vascular Coculture. Circulation Research. 109, 47-59 (2011).
  4. Bursac, N., Parker, K., Irvanian, S., Tung, L. Cardiomyocyte Cultures With Controlled Macroscopic Anisotropy: A Model for Functional Electrophysiological Studies of Cardiac Muscle. Circulation Research. 91, (2002).
  5. Fink, C., et al. Chronic stretch of engineered heart tissue induces hypertrophy and functional improvement. The FASEB Journal. 14, 669-679 (2000).
  6. Stevens, M. M. Exploring and Engineering the Cell Surface Interface. Science. 310, (2005).
  7. Mark, K., Park, J., Bauer, S., Schmuki, P. Nanoscale engineering of biomimetic surfaces: cues from the extracellular matrix. Cell Tissue Res. 339, 131-153 (2009).
  8. Lü, J. -M., Wang, X., Marin-Muller, C., Wang, H., Lin, P. H., Yao, Q., Chen, C. Current advances in research and clinical applications of PLGA-based nanotechnology. Expert. Rev. Mol. Diagn. 9, 325-341 (2009).
  9. Kim, H. N., et al. Patterning Methods for Polymers in Cell and Tissue Engineering. Ann Biomed Eng. 40, 1339-1355 (2012).
  10. Kim, D. -H., Provenzano, P. P., Smith, C. L., Levchenko, A. Matrix nanotopography as a regulator of cell function. The Journal of Cell Biology. 197, 351-360 (2012).
  11. Park, J., Kim, H. -N., Kim, D. -H., Levchenko, A., Kahp-Yang, S. Quantitative Analysis of the Combined Effect of Substrate Rigidity and Topographic Guidance on Cell Morphology. IEEE Trans.on Nanobioscience. 11, 28-36 (2012).
  12. Kim, D. -H., Lee, H., Lee, Y. K., Nam, J. -M., Levchenko, A. Biomimetic Nanopatterns as Enabling Tools for Analysis and Control of Live Cells. Adv. Mater. 22, 4551-4566 (2010).
  13. Kim, D. -H., Wong, P. K., Park, J., Levchenko, A., Sun, Y. Microengineered Platforms for Cell Mechanobiology. Annu. Rev. Biomed. Eng. 11, 203-233 (2009).
  14. Kim, D. -H., et al. Nanopatterned cardiac cell patches promote stem cell niche formation and myocardial regeneration. Integr Biol. 4, 1019 (2012).
  15. Kim, P., et al. Fabrication of nanostructures of polyethylene glycol for applications to protein adsorption and cell adhesion. Nanotechnology. 16, 2420-2426 (2005).
  16. Hwang, S. Y., et al. Adhesion Assays of Endothelial Cells on Nanopatterned Surfaces within a Microfluidic Channel. Anal. Chem. 82, 3016-3022 (2010).
  17. Heidenreich, P. A., et al. Forecasting the Future of Cardiovascular Disease in the United States: A Policy Statement From the American Heart Association. Circulation. 123, 933-944 (2011).
  18. Legrice, I. J., et al. Laminar structure of the heart: ventricular myocyte arrangement and connective tissue architecture in the dog. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 269, 1-12 (2002).
  19. Sosnovik, D. E., Wang, R., Dai, G., Reese, T. G., Wedeen, V. J. Diffusion MR tractography of the heart. J Cardiovasc Magn Reson. 11, 47 (2009).
  20. Bers, D. M. Calcium Fluxes Involved in Control of Cardiac Myocyte Contraction. Circulation Research. 87, 275-281 (2000).
  21. Mohrman, D. E., Heller, L. J. Cardiovascular Physiology. , McGraw Hill Medical. (2010).
  22. Burridge, P. W., Keller, G., Gold, J. D., Wu, J. C. Production of De Novo Cardiomyocytes: Human Pluripotent Stem Cell Differentiation and Direct Reprogramming. Stem Cell. 10, 16-28 (2012).
  23. Zhang, J., et al. Functional Cardiomyocytes Derived From Human Induced Pluripotent Stem Cells. Circulation Research. 104, (2009).
  24. Qian, J. -Y., Guo, L. Altered cytosolic Ca2+ dynamics in cultured Guinea pig cardiomyocytes as an in vitro model to identify potential cardiotoxicants. Toxicology in Vitro. 24, 960-972 (2010).
  25. You, M. -H., et al. Synergistically Enhanced Osteogenic Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells by Culture on Nanostructured Surfaces with Induction Media. Biomacromolecules. 11, 1856-1862 (2010).
  26. Kim, H. N., et al. Nanotopography-guided tissue engineering and regenerative medicine. Advanced Drug Delivery Reviews. 65, 536-558 (2013).
  27. Mannix, R. J., et al. Nanomagnetic actuation of receptor-mediated signal transduction. Nature Nanotech. 3, 36-40 (2007).
  28. Karuri, N. W., et al. Biological length scale topography enhances cell-substratum adhesion of human corneal epithelial cells. J Cell Sci. 117, 3153-3164 (2007).
  29. Cavalcanti-Adam, E. A., et al. Cell Spreading and Focal Adhesion Dynamics Are Regulated by Spacing of Integrin Ligands. Biophysical Journal. 92, 2964-2974 (2007).
  30. Koo, L. Y., Irvine, D. J., Mayes, A. M., Lauffenburger, D. A., Griffith, L. G. Co-regulation of cell adhesion by nanoscale RGD organization and mechanical stimulus. J Cell Sci. 115, 1-11 (2002).
  31. Yim, E. K. F., et al. Nanopattern-induced changes in morphology and motility of smooth muscle cells. Biomaterials. 26, 5405-5413 (2008).
  32. Dalby, M. J., et al. The control of human mesenchymal cell differentiation using nanoscale symmetry and disorder. Nat Mater. 6, 997-1003 (2007).
  33. Park, J., Bauer, S., Mark, von der K., Schmuki, P. Nanosize and Vitality: TiO 2Nanotube Diameter Directs Cell Fate. Nano Lett. 7, 1686-1691 (2007).
  34. Entcheva, E., Bien, H. Macroscopic optical mapping of excitation in cardiac cell networks with ultra-high spatiotemporal resolution. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 92, 232-257 (2006).
  35. Tung, L., Zhang, Y. Optical imaging of arrhythmias in tissue culture. Journal of Electrocardiology. 39, (2006).
  36. Himel, H. D., Bub, G., Lakireddy, P., El-Sherif, N. Optical imaging of arrhythmias in the cardiomyocyte monolayer. Heart Rhythm. 9, 2077-2082 (2012).
  37. Kim, J., Hayward, R. C. Mimicking dynamic in vivo environments with stimuli-responsive materials for cell culture. Trends in Biotechnology. 30, 426-439 (2012).
  38. Henderson, D. J., Anderson, R. H. The Development and Structure of the Ventricles in the Human Heart. Pediatr Cardiol. 30, 588-596 (2009).
  39. Badie, N., Bursac, N. Novel Micropatterned Cardiac Cell Cultures with Realistic Ventricular Microstructure. Biophysj. 96, 3873-3885 (2009).
  40. Badrossamay, M. R., McIlwee, H. A., Goss, J. A., Parker, K. K. Nanofiber Assembly by Rotary Jet-Spinning. Nano Lett. 10, 2257-2261 (2010).
  41. Rao, C., et al. The effect of microgrooved culture substrates on calcium cycling of cardiac myocytes derived from human induced pluripotent stem cells. Biomaterials. 34, 2399-2411 (2013).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Capillary Force LithographyCardiac Tissue EngineeringNanopatterned SubstrataPLGA PolymerPolyurethane MoldUV Assisted CFLSolvent Mediated CFLCardiomyocyte AlignmentExtracellular Matrix MimicryBrightfield Microscopy

Related Articles