Waiting
Login-Verarbeitung ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biochemistry
Click here for the English version

Biochemistry

Protein bazlı Hydrogels mimarilerde kolayca idare hücre kültür uygulamaları için

Published: August 4, 2017 doi: 10.3791/55813
Automatic Translation
1, 1, 1
1Center for Peptide Pharmaceuticals, Faculty of Natural Science, Ulm University

Summary

Protein bazlı hydrogels üç boyutlu mimarisinde işlemek için farklı yöntemler burada malzeme özellikleri ile ilgili olarak değerlendirilir. Macroporous ağlar ile bir hücre yapışkanlı peptid functionalized ve onların fizibilite hücre kültüründe iki farklı model hücre hatları kullanılarak hesaplandı.

Abstract

Hydrogels hücre kültür uygulamaları nedeniyle son derece sulu hücre ortamları sağlamak için yeteneklerini için umut verici malzemeler kabul edilmektedir. 3D şablonların alan bu malzemeleri potansiyel benzerliği nedeniyle doğal hücre dışı matriks artıyor. Protein bazlı hydrogels özellikle umut verici, çünkü onlar kolayca functionalized ve ayarlanabilir fizikokimyasal özellikleri ile tanımlanmış yapılar elde edebilirsiniz. Ancak, üretim macroporous 3D şablonların doğal malzemeler kullanarak hücre kültür uygulamalar için genellikle sentetik malzemeler için göre daha zayıf mekanik özellikleri ile sınırlıdır. Burada, farklı yöntemler macroporous sığır serum albumin (BSA) üretmek için değerlendirildi-ayarlanabilir gözenek boyutları 10-70 µm çapındaki yelpazesi ile hidrojel sistemleri dayalı. Ayrıca, birkaç yüz mikron uzun olan bu protein bazlı malzeme kanalları oluşturmak için bir yöntem kuruldu. Gözenekleri gözenek boyutu oranı, pH, sıcaklık kararlılığı ve enzimatik bozulması davranış, şişme gibi malzeme özellikleri üzerinde etkisi üretmek için farklı yöntemler analiz edildi. Gözenek boyutları confocal lazer mikroskobu tarama kullanarak hydrogels yerli, şişmiş durumda araştırıldı. Hücre kültür uygulamaları için fizibilite bir hücre yapışkanlı RGD peptid değiştirme-in protein sistemi ve iki modeli hücre satırları kullanarak değerlendirildi: insan meme kanseri hücreleri (A549) ve adenocarcinomic insan alveoler Bazal epitelyal hücreler (MCF7).

Introduction

Hydrogels çözünmez 3D ağlar büyük miktarda su bağlama yeteneğine sahip formu malzemelerdir. Bu materyalleri canlı hücreler için mükemmel çevre koşulları sağlayabilir. Şu anda, orada ilgi üç boyutlu hidrojel yapıları nesil ve onların kimyasal ve fiziksel özellikleri terzi süreçlerinin geliştirme artmaktadır. Bir kez bu elde edilir, hücrelerinin büyümesini ve hücresel davranış manipülasyon için şablon oluşturulan1,2,3,4olabilir. Bu 3D yapılar sadece bir daha doğal ve gerçekçi daha geleneksel iki boyutlu yaklaşımlar, ama onlar da reveal kök hücrelerin büyüme için yeni olanaklar ortamı veya tümör5modelleri. Farklı malzeme esas olarak jel6gözenek boyutu üzerine bağlıdır özellikleri bir dizi sahip. Gözenekleri hücre kültür uygulamaları, doku Mühendisliği ve kök hücrelerin yönlendirilmiş büyüme çok önemli bir rol oynamaktadır. Örneğin, oksijen ve besin matris ile diffüz ve yeterli miktarda hücreleri7ulaşmak mümkün olması gerekir. Öte yandan, zararlı metabolitleri kısa zamanda kaldırılması ve hücre büyümesi için yeterli alanı7kullanılabilir olması gerekir. Sonuç olarak, malzeme ve böylece gözenek boyutu özelliklerini ciddi potansiyel yararı ve olası uygulamalar Matrix etkisi. Malzeme özellikleri bağlı olarak, farklı hücre büyüme süreçleri nöronal yapıların oluşumu da dahil olmak üzere 3D hücre kültüründe ortaya çıkabilir; büyüme ve farklılaşma deri ya da kemik hücreleri; ve tetkikine veya fibroblastlar2,3,8,9,10,11gibi özel kök hücre satırları yönlendirilmiş büyüme. Başka bir önemli nokta bir malzeme mümkün uygulanması etkileyen istikrarı dış uyaranlara12doğru olduğunu. Örneğin, hidrojel mekanik bütünlüğünü hücre kültür medya veya insan vücudu korumak gerekir.

Son yıllarda yoğun 3D hücre kültür hydrogels üzerinde araştırma ve birçok çalışma sistemleri133D mimarileri çözmek için yapılmıştır. Hydrogels kimyasal olarak sentezlenmiş bileşenlerden oluşur çünkü kolayca sentezlenmiş ve kimyasal olarak değiştirilmiş ve onlar yüksek kararlılık göstermek en yaygın olarak incelenmiştir (bkz: Zhu vd., 2011 için bir daha gözden geçirme)5. Ancak, proteinler birçok yararlı özellikleri var: kadar sözde "hassas polimerler," onlar Biyouyumlu; Onlar tanımlanmış bir uzunluğu var; Onlar değiştirmek nispeten kolaydır; ve onlar-si olmak çok sayıda hedef siteleri14,15. Bu bağlamda, çok özel, yenilikçi yapıları çok alanda uygulama için oluşturulabilir. Bu çalışmada, bir protein bazlı hidrojel16 3D mimari malzeme etkilemek için köklü yöntemlerden yeteneğini göstermek için kullanıldı. Ayrıca, yeteneği ve gözenek üretimi uygulanabilirliği da araştırıldı.

Çok farklı teknikler basit yöntemleri ve malzeme bilimi farklı alanlardan sofistike, alanında son derece uzman teknikleri dahil olmak üzere 3D yapılar değiştirmek kullanılabilir. İyi tanımlanmış yapılar17oluşturmak için electrospinning kullanımı yaygın bir tekniktir. Şarj edilmiş lifler bir çözümden bir elektrik alanı tarafından alınır ve oksijen maruz üzerine kuvvetlendirmek. Bu şekilde, lifleri birkaç nanometre kadar birkaç mikron aralığındaki üretilebilir. Boyutu, yapısı ve gözenekleri matris içinde dağılımını ayarlamak için ek teknikler vardır yumuşak litografi, fotolitografi, hidrodinamik odaklama, elektro-püskürtme ve biyo-baskı18,19,20. Bu tekniklerin önemli bir dezavantajı özel, pahalı ekipman ve özel kimyasallar veya malzeme üzerine kendi bağımlılık olduğunu. Ayrıca, bu teknikleri ile deneyim çoğu zaman doğrudan protein bazlı malzeme için transferrable değildir ve birçok kimyasal madde ve yöntemleri hücre uyumlu değildir.

Öte yandan, birçok teknik yapım onları daha kolay ve ucuz uygulamak için ve yeniden üretmek için özel ekipman güvenmeyin. Yapısı manipülasyon için yaygın bir yöntem solvent döküm21,22,23' tür. Parçacıklar polimerizasyon reaksiyonu önce eklenir ve homojen çözüm emdirmek dağıtılır. Gözenekleri malzeme içinde kalırken polimerizasyon sonra parçacıkların solvasyon bir seyreltme veya bir pH değişikliği gibi koşulları değişimine yol açar. Tuz, şeker, parafin, jelatin ve tebeşir, gibi bu teknikleri kullanılan kimyasalların ucuz ve kullanılabilir durumda. Dağılması, şişmiş hydrogels dondu. Bir vakum altında sıvı aşamadan sonraki süblimasyon ise23,24,25gerçekleştirilen. Su süblimasyon ağdan malzemenin belirli 3D yapıları korumak için nazik. Polimerizasyon gözenekleri jel21içinde bırakarak gerçekleştikten çalışırken köpük gaz, gaz ile bir çözüm akışla gönderilir. Gözenekleri dağılımı ve boyutu gaz akışı bağlı olarak ayarlanabilir.

Protein hidrojel oluşturmak için BSA ile tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium klorür (THPC) Birincil aminler ve dört kollu bağlayıcı molekül26hidroksi grupları arasında Kovalent bağlar oluşumu için izin vermek için bir Mannich tipi tepki tepki. Reaksiyon oluştuktan sonra olası zararlı ara malzeme aşırı yıkama tarafından kaldırılır.

Bu çalışmada BSA-esaslı malzeme işlemek ve gözenekleri boyutunu terzi için farklı teknikler ile tedavi olasılığını gösterir. Hiçbir özel ekipman gerekli olduğu gibi tekniklerin herbirini herhangi bir laboratuvar olarak dünya çapında kullanılabilir. Şişme oranı, enzimatik çözünebilirlik, pH istikrar ve sıcaklık hassasiyeti, muayene ve her diğer, karşılaştırıldığında gibi Ayrıca, farklı parametreleri, özellikle farklı teknikleri etkisi için 3D mimarileri nesil üzerinde saygı duyuyorum. Son olarak, malzemeler ile hücre kültürü mümkün uygulamaya malzemelerin araştırmak için hücre yapışkanlı peptidler functionalized. İki farklı model hücre satır kullanılmıştır: A549 ve MCF7.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. hidrojel hazırlık

  1. BSA 200 mg %20 (w/v) BSA stok (stok çözelti A) oluşturmak için deiyonize H2O 1 mL ile karıştırın.
  2. THPC çözüm (134 mg/mL) Mix 165 µL 4.835 mL THPC oluşturmak için deiyonize su ile stok çözüm (hisse senedi çözüm B).
  3. KCSSGKSRGDS (1,111.1 g/mol) peptid (veya eşdeğer bir hücre yapışkanlı peptid) 1 mg tartmak ve 10 mg/mL solüsyon (hisse senedi çözüm C) elde etmek için steril H2O 100 µL içinde seyreltik.
    Not: Bu adım isteğe bağlıdır ve yalnızca hidrojel hücre kültür uygulama için gerekse dahil edilmesi gerekiyor.
  4. 96-şey plaka altındaki çıkarın ve çıkarılabilir plastik wrap ile değiştirin.
    Not: Burada kullanılan plakalar için alt her kuyunun için basınç uygulayarak kolayca kaldırılabilir; ince plastik alt sadece düşecek.
  5. BSA hisse senedi çözüm mix 100 µL (A) ve THPC 100 µL stok çözüm (B) (isteğe bağlı: functionalized, hücre yapışkanlı hydrogels için hisse senedi çözümü C 4 µL) hidrojel 200 µL elde etmek için 96-şey plaka. Bileşenleri yukarı ve aşağı en az 5 kez bir üniforma hidrojel polimerizasyon sonra garanti pipetting tarafından karıştırın.
  6. Kadar tüm hydrogels düzgün polimerli, oda sıcaklığında (RT) yaklaşık 10 dakika için 96-şey plaka koyun.
  7. Dikkatli ve yavaş plastik wrap kalenin altından kaldırın.
  8. Hydrogels küçük bir damga kullanarak 96-şey plaka dışında basın ve steril PBS, pH 7.4 ile 1,5 mL tüpler için aktarabilirsiniz.
    Not: Hydrogels silindir şeklinde, çapı yaklaşık olarak 4 mm ve 8 mm yüksekliğe sahip.
  9. Hydrogels fosfat tamponlu tuz (PBS) 4 ° C'de için birkaç ay kadar saklayın.

2. Hydrogels dağılması

  1. 1.5 mL tüpler steril deiyonize H2O 500 µL ile doldurun ve kapağını çıkarın. Hydrogels bir spatula kullanarak 1,5 mL tepki tüpler aktarın.
  2. 1.5 mL tüpler parafin film, en az üç katmanları için her şişe ile sıkıca sarın. Tüp gaz yayın etkinleştirmek için film küçük delik delmek için bir iğne kullanın.
  3. Aşağıdaki adımlardan birini yapın:
    1. Şişe su ve hidrojel tamamen dondurma güvence altına almak 5 min için sıvı azot çözüm aktarın. Sıvı azot dan hemen kaldırıldıktan sonra dondurma çözdürme üzerinden malzeme önlemek için kurutma şişeleri aktarın.
      Not: Bu yordam hakkında gözenekleri sonuç 10-15 µm yarıçap içinde.
    2. Şişeleri-20 ° C'de yavaş yavaş hydrogels dondurmak için gecede devam et. -20 ° c hemen kaldırıldıktan sonra dondurma çözdürme üzerinden malzeme önlemek için kurutma şişeleri aktarın.
      Not: Bu yordam hakkında gözenekleri sonuçları yarıçap içinde 50-60 µm.
  4. 24 h (ve tam buharlaşma ve hidrojel çevresinde su) sonra malzeme Donma kurutma makinesi kaldırarak çözülme.
    Not: Gözenek boyutları mikroskobu (Adım 5, "Hidrojel görselleştirme") tarama confocal lazer ile çözümlenebilir.

3. parçacık Leaching

  1. Hidrojel 1,1-1,5 adımlarda açıklandığı şekilde hazırlayın.
  2. Doğrudan bileşenleri karıştırma sonra doygunluk (36 mg/mL) oluşana kadar NaCl ekleyin. Tuz kristal çözümde bir beyaz çökelti görülebilir kadar tuz ekleyin.
  3. 96-şey plaka bir shaker aktarmak ve polimerizasyon gerçekleşir (yaklaşık 10 dakika) kadar çalkalanır. Hydrogels plaka, 1.7-1.8 adımlarda açıklandığı gibi kaldırın.
  4. Hydrogels hidrojel şablondan tüm tuz elute RT bir shaker (20 devir/dakika) steril su içinde en az 24 saat için kuluçkaya. Hydrogels 4 ° C'de PBS için birkaç ay kadar saklayın.

4. kanal oluşumu

  1. Hydrogels 1. adımda açıklandığı şekilde hazırlayın. Bir hidrojel bir kıskaç kullanma çözümden kaldırmak, aşırı su ile yüksek emici kağıt çıkarın ve kuru buz kalıbı üzerine yerleştirin.
  2. 30 hidrojel dondurmak s ve dikkatli bir şekilde blok çıkarın. Hidrojel zarar vermeyen; dikkatli bir spatula bloktan kazımak için kullanın. 1.5 mL tüp hidrojel aktarmak ve gecede 37 ° C'de Kuru

5. hidrojel görselleştirme

  1. Rodamine B hisse senedi çözüm rodamine B PBS 10 ml 1 mg sulandrarak hazırlayın. Bir seri seyreltme konsantrasyonu 0.001 mg/mL ulaşılana kadar PBS rodamine hisse senedi çözümde sulandrarak hazırlamak (seyreltme faktörü: 100)
  2. Depolama çözümü (Örneğin, adım 2.4.) hidrojel kaldırmak ve 1 mL 0.01 mg/mL rodamine B çözeltisi ile 1,5 mL tüp aktarmak. RT rodamine B çözüm geceleme hidrojel leke
  3. Ertesi gün, PBS (pH 7,4) ve yıkama için en az 3 h 10 ml görüntülenmeyecektir için hidrojel aktarın.
  4. Bir slayda bir µ-8 hidrojel de transfer ve PBS ile kaplayın.
  5. Bir bıçak kullanarak hidrojel (yaklaşık 0.5 mm içinde yükseklik) dışında küçük dilimler kesin.
  6. Mikroskop, tarama confocal lazer kullanarak görselleştirmek hidrojel bir dalga boyu 514, nm (Amaç: EC planı-Neofluar 40 x / 1,30 petrol DIC M27, uçak tarama modu: 514 nm ve yakınlaştırma: 1 X).

6. hücre kültür fizibilite

  1. Steril-filtre 0,45 µm filtre ile tüm stok Çözümleri (A, B ve C).
  2. Hidrojel 1.1-1.4 hidrojel polimerizasyon önce hücre yapışkanlı peptid de dahil olmak üzere, adımda açıklandığı şekilde hazırlayın.
  3. De alt tamamen kaplıdır kadar bileşenleri karıştırma sonra hemen bir µ slayt 8 karışımı pipette.
    Not: polimerizasyon slayt dakika içinde yer alır gibi bu adımı diliye hizli ve dorudan bileşenleri, karıştırma sonra gerçekleştirilmelidir.
  4. Kültür yapışma hücre ve bir tek hücre süspansiyon Standart hücre kültürü teknikleri kullanarak elde etmek için geçiş. Hücreleri Önceden ısıtılmış, steril DMEM hücre kültür fetal sığır serum (FBS, % 10 (w/v)), penisilin-streptomisin (%1 (w/v)) ve gerekli olmayan amino asit çözüm (MEM, %1 (w/v)) ile desteklenmiş orta içine aktarın.
  5. Sayım odası ve dikkatle pipet 200 µL hidrojel yüzeyine (2 x 105 hücreleri/cm2) hücrelerinin istenilen sayının bir Neubauer ile hücreleri saymak.
  6. Μ-slayt 8 de kapaklı kapağı ve bir kuluçka (37 ° C, % 5 CO2) aktarın. En az 4 h 37 ° C'de için kuluçkaya
  7. Hücresel eki en az 4 saat sonra hücreleri iki kez 200 µL steril hücre kültür PBS ile yıkayın.
  8. 200 µL % 3.7 (v/v) formaldehit RT, 10 dk ile hücreleri tamir ve yıkama ile iki kez PBS (~ 200 µL).
    Not: uygun kişisel koruyucu ekipman formaldehit işleme giyerler.
  9. İki kez PBS ile 5 dk. yıkama için %0,1 Triton X 200 µL hücrelerle permeabilize.
  10. Methanolic stok 5 µL PBS 195 µL ile karıştırma ve RT. leke 20 dk için hücreleri karanlıkta hücrelere ekleme tarafından phalloidin-rodamine hücrelerle leke. İki kez PBS ile yıkayın.
  11. 514 confocal bir mikroskop kullanarak hücre adezyon özellikleri araştırmak nm (Amaç: EC planı-Neofluar 40 x / 1,30 petrol DIC M27, uçak tarama modu: 514 nm ve yakınlaştırma: 1 X). Uygun yazılımı kullanarak görüntüleri analiz ( Tablo reçetesigörmek).

7. hidrojel özellikleri

  1. Şişme oranı.
    1. Tamamen hydrogels 37 ° C'de en az bir gün kuru.
    2. Her hidrojel tartmak ve tam ağırlık not edin.
    3. 2 mL tepki tüp PBS 1,5 mL ile doldurulması.
    4. Bu 2 mL tepki tüpüne hidrojel aktarmak ve tamamen PBS içinde bırakın.
    5. Hidrojel PBS RT denge PBS ile ulaşmak için en az iki gün için bırakın.
    6. Üç gün sonra hidrojel çözümden kaldırmak ve hidrojel yüzeyindeki aşırı su çıkarmak için kağıt mendil ile kurulayın.
    7. Hidrojel tartın.
    8. Şişme oranı aşağıdaki formülü kullanarak hesaplar:
      Equation
      Wd ağırlık kurutulmuş jel (adım 7.1.2.) ve Ws nerede ıslak jel (adım 7.1.7) ağırlığıdır. Şişme oranı yüzde 100 ile çarpmak.
  2. pH ve sıcaklık istikrarı.
    1. 5 mL PBS de 15 mL tepki tüp aktarın.
    2. NaOH ve HCl. Bring uygun sıcaklık (Örneğin, RT, 37 ° C veya 80 ° C) çözümü ile çözüm uygun pH (Örneğin, pH 2, 7 veya 10) için ayarlayın.
    3. Uygun bir çözüm içine onun istikrar için soruşturma olması için hidrojel aktarın. PH gerekirse yeniden ayarlayabilirsiniz.
      Not: Tüm hydrogels tamamen bu noktada (bkz: şişme oranı) ağırlık malzeme şişmesi nedeniyle yanlış yorumlanması önlemek için şişmiş.
    4. Belirli zaman aralıklarında sonra çözüm (Örneğin, her saat için 2 gün) hidrojel kaldırmak, aşırı su kaldırmak ve tartmak çok emici kağıt mendil ile Makinası.
  3. Enzimatik bozulması.
    1. 300 U tripsin ve pepsin, üreticinin yönergelerine göre bir hisse senedi enzim çözüm hazırlamak.
    2. Hidrojel (Örneğin, adım 1.8) için uygun bir çözüm aktarın.
      Not: Tüm hydrogels tamamen bu noktada ağırlığı yanlış yorumlanması önlemek için şişmiş.
    3. Belirli zaman aralıklarında sonra hidrojel (Örneğin, her saat) eriyik--dan kaldırmak için aşırı su kaldırmak ve tartmak çok emici kağıt mendil ile kuru.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.

Acknowledgments

Yazarlar Baden-Württemberg Stiftung (BioMatS-14) "Bioinspired malzeme sentezi" çerçevesinde finansal destek için teşekkür etmek istiyorum.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Phosphate Buffered Saline (PBS) Thermo Fisher Scientific 10010023
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (high glucose) Life Technologies / Thermo Fisher  11140-050
Fetal Bovine Serum (FBS) Life Technologies / Thermo Fisher  10270-106
Penicillin-Streptomycin Life Technologies / Thermo Fisher  15140122
MEM Nonessential Amino Acid Solution Sigma Aldrich M7145-100ML
Trypsin EDTA 0.05% Phenol Red Thermo Fisher Scientific 25300062
Ethanol 99.8%, vergällt Ölfabrik Schmidt 2133
NaCl  Carl Roth  9265.1
Albumin Fraction V Carl Roth  3854.2
THPC Sigma Aldrich 404861-100ML Toxic
0.1% Triton X-100 Sigma Aldrich X100-100ML Slightly toxic
Phalloidin-rhodamine  Life Technologies / Thermo Fisher  R415
3.7% Formaldehyde  Life Technologies / Thermo Fisher  F8775-25ML Toxic
Rhodamine B Sigma Aldrich 81-88-9
Filtropur S 0.2  Sarsted Ag und Co. 2 83.1826.001   
µ slide 8 well Ibidi GmbH 80826
KCSSGKSRGDS peptide UPEP Ulm Custom sysnthesis
Ethanol 99.8%, vergällt Carl Roth  K928.5
Falcon 5 ml Polysterene Round-Bottom Tube  Sarsted Ag und Co. 62.547.254    
Tubes 50 ml  Sarsted Ag und Co. 62.547.254    
Tubes 1.5 ml   Sarsted Ag und Co. 72,690,001
Tubes 2 ml   Sarsted Ag und Co. 72,691
CELL CULTURE MICROPLATE, 96 WELL, PS, F-BOTTOM Greiner 655073
FreezeDryer Epsilon 1-6D,  Christ, Osterode am Harz, Germany
Confocal Laser Scanning Microscope  Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany
Zen Software Version 2012 Sp1, black edition, 407 version 8,1,0,484 Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany
GSA Imaga Analyzer Software, GSA Image Analyzer, GSA, Version 419 3.8.7 GSA GmbH

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Geckil, H., Xu, F., Zhang, X., Moon, S., Demirki, U. Engineering hydrogels as extracellular matrix mimics. Nanomedicine. 5 (3), 469-484 (2011).
  2. Liu, Y., Chan-Park, M. B. A biomimetic hydrogel based on methacrylated dextran-graft-lysine and gelatin for 3D smooth muscle cell culture. Biomaterials. 31 (6), 1158-1170 (2010).
  3. Raic, A., Rödling, L., Kalbacher, H., Lee-Thedieck, C. Biomimetic macroporous PEG hydrogels as 3D scaffolds for the multiplication of human hematopoietic stem and progenitor cells. Biomaterials. 35 (3), 929-940 (2014).
  4. Wong Po Foo, C. T. S., Lee, J. S., Mulyasasmita, W., Parisi-Amon, A., Heilshorn, S. C. Two-component protein-engineered physical hydrogels for cell encapsulation. Proc Nat Acad Sci USA. 106 (52), 22067-22072 (2009).
  5. Zhu, J., Marchant, R. E. Design properties of hydrogel tissue-engineering scaffolds. Expert Rev Med Devic. 8 (5), 607-626 (2011).
  6. Samaryk, V., et al. Versatile Approach to Develop Porous Hydrogels with a Regular Pore Distribution and Investigation of their Physicomechanical Properties. J Appl Polym Sci. 114 (4), 2204-2212 (2009).
  7. Li, X. J., Valadez, A. V., Zuo, P., Nie, Z. Microfluidic 3D cell culture: potential application for tissue-based bioassays. Bioanalysis. 4 (12), 1509-1525 (2012).
  8. Park, H., Guo, X., et al. Effect of Swelling Ratio of Injectable Hydrogel Composites on Chondrogenic Differentiation of Encapsulated Rabbit Marrow Mesenchymal Stem Cells In Vitro. Biomacromolecules. 10 (3), 541-546 (2010).
  9. Stokols, S., Tuszynski, M. H. The fabrication and characterization of linearly oriented nerve guidance scaffolds for spinal cord injury. Biomaterials. 25 (27), 5839-5846 (2004).
  10. Sung, K. E., et al. Understanding the Impact of 2D and 3D Fibroblast Cultures on In Vitro Breast Cancer Models. PLoS One. 8 (10), 1-13 (2013).
  11. Tsai, E. C., Dalton, P. D., Shoichet, M. S., Tator, C. H. Synthetic hydrogel guidance channels facilitate regeneration of adult rat brainstem motor axons after complete spinal cord transection. J Neurotrauma. 21 (6), 789-804 (2004).
  12. Shoichet, M. S., Li, R. H., White, M. L., Winn, S. R. Stability of hydrogels used in cell encapsulation: An in vitro comparison of alginate and agarose. Biotechnol Bioeng. 50 (4), 374-381 (1996).
  13. Chiu, Y. -C., Kocagöz, S., Larson, J. C., Brey, E. M. Evaluation of physical and mechanical properties of porous poly (ethylene glycol)-co-(L-lactic acid) hydrogels during degradation. PloS One. 8 (4), e60728 (2013).
  14. Jonker, A. M., Löwik, D. W. P. M., van Hest, J. C. M. Peptide- and Protein-Based Hydrogels. Chem Mater. 24 (5), 759-766 (2012).
  15. Bodenberger, N., et al. Beyond bread and beer: whole cell protein extracts from baker's yeast as a bulk source for 3D cell culture matrices. Appl Microbiol Biot. 101 (5), 1-11 (2016).
  16. Bodenberger, N., Paul, P., Kubiczek, D., Walther, P., Gottschalk, K. E., Rosenau, F. A novel cheap and easy to handle protein hydrogel for 3D cell culture applications a high stability matrix with tunable elasticity and cell adhesion properties. Chem Sel. 1 (7), 1353-1360 (2016).
  17. Agarwal, S., Wendorff, J. H., Greiner, A. Use of electrospinning technique for biomedical applications. Polymer. 49 (26), 5603-5621 (2008).
  18. Hong, J., deMello, A. J., Jayasinghe, S. N. Bio-electrospraying and droplet-based microfluidics: control of cell numbers within living residues. Biome Mater. 5 (2), 21001 (2010).
  19. Jayasinghe, S. N., Irvine, S., McEwan, J. R. Cell electrospinning highly concentrated cellular suspensions containing primary living organisms into cell-bearing threads and scaffolds. Nanomedicine. 2 (4), 555-567 (2007).
  20. Selimović, Š, Oh, J., Bae, H., Dokmeci, M., Khademhosseini, A. Microscale strategies for generating cell-encapsulating hydrogels. Polymers. 4 (3), 1554-1579 (2012).
  21. Annabi, N., Nichol, J. W., et al. Controlling the porosity and microarchitecture of hydrogels for tissue engineering. Tissue Eng Part B Rev. 16 (4), 371-383 (2010).
  22. Lee, J., Cuddihy, M. J., Kotov, N. A. Three-dimensional cell culture matrices: state of the art. Tissue Eng Part B Rev. 14 (1), 61-86 (2008).
  23. Bodenberger, N., et al. Evaluation of methods for pore generation and their influence on physio-chemical properties of a protein based hydroge. Biotech Rep. 12, 6-12 (2016).
  24. Raja, S. T. K., Thiruselvi, T., Mandal, A. B., Gnanamani, A. pH and redox sensitive albumin hydrogel: A self-derived biomaterial. Sci Rep. 5, 15977 (2015).
  25. Hennink, W. E., van Nostrum, C. F. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv Drug Deliver Rev. 64, 223-236 (2012).
  26. Chung, C., Lampe, K. J., Heilshorn, S. C. Tetrakis(hydroxymethyl) phosphonium chloride as a covalent cross-linking agent for cell encapsulation within protein-based hydrogels. Biomacromolecules. 13 (12), 3912-3916 (2008).
  27. Caló, E., Khutoryanskiy, V. V. Biomedical applications of hydrogels: A review of patents and commercial products. Eur Polym J. 65, 252-267 (2015).
  28. Huang, H., Herrera, A. I., Luo, Z., Prakash, O., Sun, X. S. Structural transformation and physical properties of a hydrogel-forming peptide studied by NMR, transmission electron microscopy, and dynamic rheometer. Biophys J. 103 (5), 979-988 (2012).
  29. Draghi, L., Resta, S., Pirozzolo, M. G., Tanzi, M. C. Microspheres leaching for scaffold porosity control. J Mater Sci. 16 (12), 1093-1097 (2005).
  30. Whang, K., et al. Engineering Bone Regeneration with Bioabsorbable Scaffolds with Novel Microarchitecture. Tissue Eng. 5 (1), 35-51 (1999).
  31. Ziv, K., et al. A tunable silk-alginate hydrogel scaffold for stem cell culture and transplantation. Biomaterials. 35 (12), 3736-3743 (2014).
  32. Butruk-Raszeja, B. A., et al. Athrombogenic hydrogel coatings for medical devices--Examination of biological properties. Colloid Surface B. 130, 192-198 (2015).
  33. Lü, S., Li, B., Ni, B., Sun, Z., Liu, M., Wang, Q. Thermoresponsive injectable hydrogel for three-dimensional cell culture: chondroitin sulfate bioconjugated with poly(N-isopropylacrylamide) synthesized by RAFT polymerization. Soft Matter. 7 (22), 10763 (2011).
  34. Ruoslahti, E., Pierschbacher, M. D. New perspectives in cell adhesion: RGD and integrins. Science. 238 (4826), 491-497 (1987).

Tags

Biyokimya sayı: 126 hidrojel malzeme özellikleri gözenek boyutları hücre kültürü Biyopolimer 3D Mimarlık
Protein bazlı Hydrogels mimarilerde kolayca idare hücre kültür uygulamaları için
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bodenberger, N., Kubiczek, D.,… More

Bodenberger, N., Kubiczek, D., Rosenau, F. Easy Manipulation of Architectures in Protein-based Hydrogels for Cell Culture Applications. J. Vis. Exp. (126), e55813, doi:10.3791/55813 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter