Elastomeri magnetoreologici microstrutturati per guidare i cambiamenti nell'allineamento dei cardiomiociti

Stiamo indagando come i cardiomioci rispondano ai cambiamenti dinamici e reversibili nel loro ambiente meccanico, imitando le fluttuazioni di rigidità e struttura che sperimentano in vivo. Dall'introduzione della MRE, abbiamo pubblicato diversi studi importanti in cardiologia. Utilizzando questi materiali, abbiamo riscontrato che l'ipertrofia guidata dalla rigidità nei cardiomiociti adulti dipende dalle reti di microtubuli.

Più recentemente, abbiamo scoperto maggiori informazioni sulla memoria meccanica sia nei fibroblasti cardiaci che nei cardiomiociti derivati da iPSC. La parte migliore dell'uso degli elastomeri magnetoreologici è la loro semplicità. I nostri protocolli sono semplici quanto sembri, semplicemente una combinazione di prodotti pronti all'uso che lavorano insieme per creare qualcosa di potente.

È un approccio facile da usare che rende la scienza all'avanguardia accessibile a tutti. Questo ha aperto la strada a modelli di malattie più realistici, specialmente per condizioni come l'insufficienza cardiaca, dove la meccanica del tessuto è sempre in evoluzione. Aiuta inoltre i ricercatori a progettare biomateriali più intelligenti, altamente sintonizzabili, dinamici e reversibili.

Il nostro team si è concentrato principalmente sulle malattie cardiache, ma recentemente abbiamo ampliato la gamma dinamica più rigida delle nostre MRE da appena 5 kilopascali a fino a 400 kilopascali. Questa svolta ci apre la porta per estendere la nostra ricerca e collaborare su altri organi oltre il cuore. Per cominciare, si mescola base e agente di polimerizzazione in un rapporto 10 a 1 per preparare 10 grammi di 184 polidimetilsilossano, o PDMS.

Versa cinque grammi dei 184 PDMS in una piastra di Petri da 35 millimetri. Poi metti la piastra in un essiccatore e degas per circa cinque-dieci minuti finché tutte le bolle non si sono dissolte. Lascia asciugare parzialmente 184 PDMS per 30 minuti in forno a 60 gradi Celsius.

Quando restano cinque minuti per l'indurimento, applicare uno strato sottile di ulteriori 184 PDMS sulla superficie della griglia di diffrazione. Mettilo in un essiccatore per degassare per circa cinque minuti. Ora, rimuovi dal forno la piastra di Petri da 35 millimetri contenente il 184 PDMS parzialmente stagionato.

Inverti la griglia di diffrazione con il PDMS sui 184 PDMS parzialmente polimerizzati nel piatto. Premi leggermente la griglia di diffrazione finché una piccola quantità di PDMS non la circonda. Usa i restanti 184 PDMS non polimerizzati per riempire la teglia intorno alla griglia, così da assicurarti che rimanga al suo posto durante la stagionatura.

Poi metti la teglia in forno a 60 gradi Celsius per 1,5 ore. Dopo la stagionatura, togli la teglia con la grattugia dal forno. Usa un bisturi per incidere intorno alla griglia di diffrazione.

Applica una piccola quantità di alcol isopropilico per penetrare sotto la griglia di diffrazione. Smonta la griglia dal PDMS nella direzione parallela ai pattern. Rimuovi eventuali PDMS in eccesso, lasciando intatta solo la sezione con il pattern.

Poi taglia il timbro PDMS alla dimensione desiderata. Segna la direzione del motivo sul piatto MRE. Per rivestire il timbro con silano, inserire il francobollo fabbricato a 184 PDMS all'interno di un detergente al plasma con la superficie a motivo rivolta verso l'alto.

Tratta la superficie con 45 watt di plasma di ossigeno per 30 secondi. Inserire i 184 timbri PDMS trattati all'interno di un essiccatore posizionato in una cappa a pompa. Ora, strappa il coperchio da un tubo della microcentrifuga.

Posiziona il coperchio del tubo della microcentrifuga accanto ai timbri PDMS all'interno del dessiccatore. Pipetta 20 microlitri di silano al coperchio del tubo della microcentrifuga. Chiudi il dissiccante e tira un vuoto per attivare il rivestimento a vapore.

Per la preparazione per la resonanza resonante, misura la quantità desiderata di diluente al silicone e della parte B di elastomero ECO. Mescolali a 2.500 giri al minuto in un mixer veloce per un minuto. Aggiungi la parte A dell'elastomero ECO e particelle di ferro carbonilico alla miscela e mescola di nuovo a 2.500 giri al minuto per un minuto. Utilizzando una pipetta di trasferimento con la punta tagliata, dispensare cinque grammi della miscela MRE in una nuova piastra di Petri da 35 millimetri.

Degas in un essiccatore per circa cinque minuti, poi polimerizza parzialmente per 10 minuti in forno a 60 gradi Celsius. Quando restano cinque minuti per l'induritura, usa una pipetta di trasferimento per aggiungere MRE non indurito e così ricoprire solo la superficie decorata del timbro PDMS. Metti il timbro rivestito in un essiccatore per degasaggiare per cinque minuti.

Rimuovi la stoviga MRE parzialmente stagionata dal forno. Usando la pinza, gira il timbro rivestito faccia in giù sulla superficie della MRE e premi leggermente. Segna la direzione del motivo sul piatto MRE.

Rimetti l'assemblaggio in forno a 60 gradi Celsius per altri 25 minuti. Una volta che il materiale è completamente stagionato, si usa un bisturi per incidere il MRE sul bordo inferiore del francobollo in una direzione perpendicolare alle linee del motivo. Applica una piccola quantità di alcol isopropilico sulla zona tagliata intorno al timbro.

Poi usa le pinze per staccare il timbro PDMS dalla MRE nella direzione parallela al pattern. Sterilizza la superficie della MRE lavando tre volte con etanolo al 70% e lascia riposare il terzo lavaggio per 20 minuti. Poi lava la superficie MRE tre volte con PBS sterile.

Ricoprire la superficie della MRE con 10 microgrammi per millilitro di fibronectina in PBS contenente magnesio e calcio per un'ora a 37 gradi Celsius, favorendo l'adesione cellulare al dispositivo. Infine, lavare la superficie MRE tre volte con PBS contenente magnesio e calcio, e seminare i cardiomiociti neonatali del ratto a una densità di 20.000 cellule per centimetro quadrato. La fedeltà del trasferimento dei micropattern dallo stampo master al substrato MRE è dimostrata in questa figura attraverso profili di altezza normalizzati e misurazioni quantitative di inclinazione e altezza delle caratteristiche.

Il confronto del profilo X ha mostrato che il profilo normalizzato dell'altezza delle caratteristiche della MRE seguiva da vicino quello dello stampo master, sebbene con altezze di picco leggermente ridotte e forme di caratteristiche più ampie. L'inclinazione media del substrato MRE era di circa 10 micrometri e non differiva significativamente dall'infoglione dello stampo master. L'altezza media delle caratteristiche sul substrato MRE era significativamente inferiore rispetto a quella dello stampo master, con valori medi rispettivamente di 3,81 micrometri e 5,49 micrometri.