Vernetzte makroporöse 3D-Gerüste aus Mikrogelstäben

Zusammenfassung

Mikrogelstäbchen mit komplementären reaktiven Gruppen werden durch Mikrofluidik mit der Fähigkeit hergestellt, sich in wässriger Lösung zu vernetzen. Die anisometrischen Mikrogele klemmen und verbinden sich zu stabilen Konstrukten mit größeren Poren im Vergleich zu sphärischen Systemen. Mit GRGDS-PC modifizierte Mikrogele bilden makroporöse 3D-Konstrukte, die für die Zellkultur verwendet werden können.

Zusammenfassung

Ein Zwei-Komponenten-System funktionalisierter Mikrogele aus der Mikrofluidik ermöglicht eine schnelle Verkettung zu makroporösen 3D-Konstrukten in wässrigen Lösungen ohne weitere Zusätze. Die kontinuierliche photoinitiierte On-Chip-Gelierung ermöglicht die Variation des Mikrogel-Aspektverhältnisses, das die Bausteineigenschaften für die erhaltenen Konstrukte bestimmt. Glycidylmethacrylat (GMA) oder 2-Aminoethylmethacrylat (AMA) Monomere werden in das Mikrogelnetzwerk auf Basis von Polyethylenglykol (PEG) Sternpolymeren einpolymerisiert, um entweder Epoxid- oder Aminfunktionalität zu erreichen. Ein fokussierender Ölstrom wird in die mikrofluidische Auslassstruktur eingeführt, um eine kontinuierliche Erfassung der funktionalisierten Mikrogelstäbe zu gewährleisten. Basierend auf einer aktuellen Publikation führen Mikrogel-Stäbchen-basierte Konstrukte zu größeren Poren von mehreren hundert Mikrometern und gleichzeitig zu einer insgesamt höheren Gerüststabilität im Vergleich zu einem sphärischen Modell. Auf diese Weise ist es möglich, höhervolumige Konstrukte mit mehr freiem Volumen herzustellen und gleichzeitig den Materialbedarf zu reduzieren. Die miteinander verketteten makroporösen Gerüste können ohne Beschädigung oder Zerfall aufgenommen und transportiert werden. Amin- und Epoxidgruppen, die nicht an der Vernetzung beteiligt sind, bleiben aktiv und können unabhängig voneinander für die Nachmodifikation verwendet werden. Dieses Protokoll beschreibt eine optimierte Methode zur Herstellung von Mikrogelstäbchen zu makroporösen, miteinander verbundenen Gerüsten, die für nachfolgende Zellexperimente verwendet werden können.

Einleitung

Um komplexes kooperatives Zellverhalten in 3D-Konstrukten zu untersuchen, müssen Gerüstplattformen eine konsistente Leistung in der Reproduzierbarkeit aufweisen, eine geeignete Geometrie für die Zellmigration aufweisen und gleichzeitig eine gewisse Flexibilität in Bezug auf die Parameteränderung zulassen, um ihren Einfluss auf das lebende Gewebe zu untersuchen¹. In den letzten Jahren hat sich das Konzept der makroporösen geglühten Partikel (MAP), das erstmals von Segura et al. beschrieben wurde, zu einer effizienten und vielseitigen Plattform für die 3D-Gerüstherstellung entwickelt². Die maßgeschneiderte Zusammensetzung ....

Protokoll

1. Benötigtes Material und Präparate für die Mikrofluidik

1. Für das beschriebene mikrofluidische Verfahren verwenden Sie 1 mL und 5 mL Glasspritzen und Spritzenpumpen. Die On-Chip-Tröpfchenbildung wird über ein inverses Mikroskop beobachtet, das mit einer Hochgeschwindigkeitskamera ausgestattet ist.
2. Erstellen Sie das mikrofluidische Chipdesign (Abbildung 1B) unter Verwendung einer computergestützten Designsoftware und erstellen Sie eine Mastervorlage, wie bereits berichtet¹².
3. Erreichen Sie eine kontrollierte UV-Bestrahlung mit einer selbst konstruierten UV-LED (λ

Ergebnisse

Abbildung 2: Makroporöse vernetzte Gerüststruktur. (A) 3D-Projektion eines 500 μm konfokalen Mikroskopie-Z-Stapels des vernetzten makroporösen Gerüstes. Maßstabsbalken stellt 500 μm dar. (B) Verkettetes Gerüst aus ~10.000 Mikrogelstäben auf einem Deckglas, das direkt aus Wasser genommen wird. Der Maßstabsbalken stel.......

Diskussion

Einer der kritischen Schritte in diesem Protokoll ist die Qualität des 2-Aminoethylmethacrylats (AMA), das als Comonomer für die primäre Aminfunktionalisierung verwendet wird. Das AMA sollte ein feinkörniges und vorzugsweise farbloses Pulver sein, das in einem gasdichten Braunglasbehälter geliefert wird. Man sollte die Verwendung von grünlichem und klumpigem Material vermeiden, da es die Gelierungsreaktion erheblich beeinträchtigt und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse negativ beeinflusst. Bei schlechter Gelierung und.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
ABIL EM 90	Evonik	144243-53-8	nichtionisches Tensid
2-Aminoethylmethacrylathydrochlorid	TCI Chemicals	A3413	>98,0%(T)(HPLC)
8-Arm PEG-Acrylat 20 kDa	Biochempeg Scientific Inc.	A88009-20K	≥ 95 %
AutoCAD 2019	Autodesk		CAD-Software (Computer-Aided Design); Modellierung mikrofluidischer Designs
CHROMAFIL MV A-20/25 Spritzenfilter	CHROMAFILCarl Roth GmbH+Co.KG	XH49.1	Porengröße 0,20 & Mikro; m; Cellulose Mischester (MV)
Deckglas	Marienfeld-Superior		Typ Nr. 1
EMS Schweizer Linie Kernprobenahmewerkzeug 0,75 mm	Elektronenmikroskopie Wissenschaften		0,77 mm Innendurchmesser, 1,07 mm Außendurchmesser
Ethanol absolut	VWR Chemicals
FL3-U3-13Y3M 150 FPS Serie Hochgeschwindigkeitskamera	FLIR Systems
Fluorescelamin-Isomer I	Sigma-Aldrich	201626
Fluorescein-Isothiocyanat	Thermo Fisher Scientific	46424
25G x 5/8' ’ 0,50 x 16 mm Nadeln	BD Microlance 3
Glycidylmethacrylat	Sigma-Aldrich	779342	97,0% (GC)
GRGDS-PC	CPC Scientific	FIBN-015A
Hamilton 1000 Serie Gasdichte Spritzen	Thermo Fisher Scientific	10772361/10500052	PFTE Luer-Lock
Hexan	Sigma-Aldrich	1,04,367
Lithiumphenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinat	Sigma-Aldrich	900889	≥ 95 %
Motic AE2000 Trinokularmikroskop	Ted Pella, Inc.	22443-12
Novec 7100	Sigma-Aldrich	SHH0002
Öl Rot O	Sigma-Aldrich	O9755
Paraffin	VWR Chemicals	24679320
Pavone Nanoindenter Platform	Optics11Life
Phosphat gepufferte Kochsalzlösung	Thermo Fisher Scientific	AM9624
Polyethylen Schläuche 0,38 mal; 1,09 mm	Tröpfchen		ID 0,38 mm OD 1,09 mm
2-Propanol	Sigma-Aldrich	190764	ACS-Reagenz, ≥ 99,5%
Protein LoBind Tubes	Eppendorf	30108132
Pump 11 Pico Plus Elite Programmierbare Spritzenpumpe	Harvard Apparatur
RPMI 1640 Medium	Gibco	11530586
SYLGARD 184 Silikonelastomer Kit	Dow SYLGARD	634165S
Trichlor-(1H,1H,2H,2H-perfluoroctyl)-silan	Sigma-Aldrich	448931
UVC LED Sterilisationsbox	UVLED Optical Technology Co., Ltd.	9S SZH8-S2

in medizinischer Qualität,