Warum ist die Dosis der UV-Bestrahlung für die Kollagenmusterung wichtig?

Die UV-Dosis bestimmt das Ausmaß der photokatalytischen Aktivität von Titandioxid, die die lokal begrenzte Entfernung des blockierenden Albumins steuert und eine selektive Kollagenadsorption ermöglicht. In der Studie wurde eine Dosis von 200 Joule pro Quadratzentimeter verwendet, um eine gleichmäßige Musterung zu erzielen. Unzureichende Bestrahlung kann zu einer unvollständigen Proteinaufbringung führen, während eine übermäßige Exposition das Substrat beschädigen oder die Proteinintegrität beeinträchtigen könnte.

Wie verbessert die Blockade mit Albumin die Spezifität der Proteinmusterung?

Serumalbumin adsorbiert an der hydrophoben, mit Oktadecyltrichlorsilan beschichteten Oberfläche und bildet eine einheitliche, nichtadhäsive Schicht, die unspezifische Bindung von Zellen oder Proteinen verhindert. Durch UV-Bestrahlung wird Albumin gezielt in belichteten Bereichen abgebaut, wodurch Kollagen nur dort binden kann, wo eine photokatalytische Reaktion stattfindet. Dieser Kontrast verbessert die Genauigkeit der räumlichen Musterung, indem klare permissive und nicht-permissive Zonen definiert werden.

Was ermöglicht die in-situ-Musterung von Proteinen auf zellbedeckten Oberflächen?

Die In-situ-Musterung ist möglich, weil die photokatalytische Reaktion an der Fest-Flüssig-Grenzfläche stattfindet, wodurch die UV-Bestrahlung die Oberfläche modifizieren kann, selbst wenn Zellen vorhanden sind. Kollagen aus dem Medium lagert sich vorzugsweise in den bestrahlten Zonen ab, in denen Albumin entfernt wurde, ohne dass eine Zellentfernung erforderlich ist. Die Methode ermöglichte eine erfolgreiche Musterung direkt neben wachsenden PC12-Zellen, die anschließend in den neu adhäsiven Bereich migrierten.

Warum ist Kollagen während der UV-Bestrahlung für eine effektive Oberflächenmodifizierung erforderlich?

Kollagen muss während der UV-Bestrahlung im Medium vorhanden sein, da der photokatalytische Prozess reaktive Stellen auf der TiO2-Oberfläche erzeugt, die Kollagen in Echtzeit binden. Die Studie zeigte, dass die Kollagenadsorption vorzugsweise nur in bestrahlten Bereichen erfolgt, wenn es zum Zeitpunkt der Bestrahlung in Lösung verfügbar ist. Eine Zugabe von Kollagen nach der Bestrahlung führte nicht zu einem vergleichbaren Muster, was darauf hinweist, dass eine gleichzeitige Präsenz für eine selektive Bindung unerlässlich ist.

Welche quantitative Messung bestätigt eine erfolgreiche Proteinmusterung und die Selektivität der Zelladhäsion?

Eine erfolgreiche Musterung wird mittels Fluoreszenz- oder Phasenkontrastmikroskopie bestätigt, bei der die Zelladhäsion auf die mit UV-Licht bestrahlten Bereiche beschränkt ist und in den nicht bestrahlten Bereichen keine Anheftung erfolgt. In der Studie hefteten sich die PC12-Zellen nach der Aussaat ausschließlich in den oktagonalen, UV-bestrahlten Zonen an und wuchsen dort. Dieses binäre Adhäsionsresultat liefert einen klaren, visuellen Nachweis zur Beurteilung der Musterungstreue, ohne dass eine komplexe Quantifizierung erforderlich ist.

Photostrukturierungs Proteinen und Zellen in wässriger Umgebung Mit TiO

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26. Oktober 2015

10.3791/53045-v

26. Oktober 2015

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Hideaki Yamamoto¹^,² , Takanori Demura³ , Kohei Sekine³ , Sho Kono³ , Michio Niwano²^,⁴ , Ayumi Hirano-Iwata²^,⁵ , Takashi Tanii⁶

¹Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences, Tohoku University, ²CREST, Japan Science and Technology Agency, ³School of Fundamental Science and Engineering, Waseda University, ⁴Research Institute of Electrical Communication, Tohoku University, ⁵Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University, ⁶Faculty of Science and Engineering, Waseda University

Wir beschreiben ein Protokoll zur Modifikation der Zellaffinität einer Gerüstoberfläche in wässriger Umgebung. Die Methode nutzt die Titandioxid-Photokatalyse, um organische Schichten im lichtbestrahlten Bereich zu zersetzen. Wir zeigen, dass es verwendet werden kann, um Mikrodomänen von Gerüstproteinen zu erzeugen, sowohl ex situ als auch in situ.