生物学的リガンドのマイクロスケールパターンで機能化された細胞培養基質は、組織工学の分野で非常に有用です。ここでは、複数のマイクロパターン化されたポリ(エチレングリコール)ブラシを使用して、生体リガンドの空間的に正確で部位特異的な固定化を可能にする直交化学を示す組織培養基質の汎用性の高い自動製造を実演します。
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方法論記事
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生物学的リガンドのマイクロスケールパターンで機能化された細胞培養基質は、組織工学の分野で非常に有用です。ここでは、複数のマイクロパターン化されたポリ(エチレングリコール)ブラシを使用して、生体リガンドの空間的に正確で部位特異的な固定化を可能にする直交化学を示す組織培養基質の汎用性の高い自動製造を実演します。
組織工学では、培養中の組織形態と細胞運命の空間制御をミクロンスケールで示すことが望ましいです。グラフトポリ(エチレングリコール)(PEG)ブラシを提示する培養基質は、マイクロスケールで非ファウリング性で細胞接着抵抗性の領域、および細胞が共有結合したリガンドとの生体特異的相互作用に関与する領域を作成することにより、このタスクを達成できます。このような基質を用いて複雑な組織を設計するためには、異なる生物活性を付与するように機能化され、in vivoニッチを模倣するマイクロスケールの配向に整列した複数のPEGブラシを逐次的にパターン化する必要があります。マイクロコンタクト印刷(μCP)は、このようなグラフトPEGブラシをパターニングするための汎用性の高い技術ですが、手動のμCPはマイクロスケールの精度で行うことはできません。そこで、高度なロボティクスとソフトリソグラフィー技術、および新たな表面化学反応を組み合わせて、複雑でマイクロスケールで高秩序なパターンのPEGブラシを培養基質に作製し、直交する「クリック」ケミストリを提示するためのロボットマイクロコンタクトプリンティング(R-μCP)支援法を開発しました。ここでは、このような基板を作製するためのワークフローについて詳しく説明します。
同時に非ファウリング本来の特性を維持しながら、共有結合した生化学的リガンドを表示するために、PEGグラフト化表面の能力は、それらの培養基材1,2,3上のエンジニアリング·カスタムマイクロスケール環境のための理想的な選択肢となっています。リガンドコンジュゲートしたPEGブラシにより媒介される生物特異的相互作用は、個々の細胞の表現型上の生体内組織の微小環境において 、複雑な内に見られる生化学的手がかりの効果の還元主義分析を可能にします。さらに、バイオ直交性の「クリック」化学は、それらが天然のコンフォメーション4-6に示されているように、リガンドの方向性固定化を容易にすることができる。このように、PEGのマイクロスケールの空間パターニングは、固定化された生化学的手がかり6,7により誘導される細胞のシグナル伝達を研究するためにインビトロニッチでデザイナーを作成するための汎用性の高いツールですブラシ。
生化学立方の空間パターンを生成するための一般的な方法ESは、PEG共役アルカンチオールのパターンを有するマイクロコンタクト·プリンティング(μCP)金でコーティングされた基材を必要とする。その後、PEG化アルカンチオールの自己組織化単分子膜(SAM)マイクロパターンは、生化学分子の物理吸着を制限例えば、タンパク質、基板のみ8,9の非パターン化領域への。しかし、この技術によって生成されたSAMは、長期細胞培養培地中で酸化に敏感である。したがって、SAMは、アルカンチオールμCP'dは、しばしば他の部位の非ファウリングの安定性10を増加させるために表面開始原子移動ラジカル重合(SI-ATRP)を用いて、PEGポリマーブラシをグラフトされる。具体的には、アルカンチオール重合開始剤のμCP、ω-meraptoundecylブロモイソブチレート、ポリSI-ATRP続いて金被覆表面上のポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート(PEGMEMA)モノマー、長期のマイクロパターン安定性、非有する表面を生成するPEGブラシを汚れ。さらに、これらのさらに、多様な化学的部分11を提示するように改変されることが可能である。
この性質を利用して、沙ら。ら 。直交「クリック」化学を提示する多成分PEGMEMAブラシで培養基板を設計する方法を開発した。この方法では、それらは、複数の固定化リガンド6のマイクロパターンを提示する培養基材を作成するために、順次、アジ化ナトリウム、エタノールアミン、プロパルギルアミンと求核置換を散在μCP/ SI-ATRPの一連のステップを使用。新規な培養基質を設計する手動μCPと一緒にそのような化学物質を使用する可能性は計り知れないが、これは、複数のμCPステップが単一の基板上に整列することが可能な精度と正確さによって制限される。精度と高精度、再現これらの多用途の技術を用いてインビトロニッチ複合体を製造するために必要とされるであろう。
この制限に対処するためにe_content ">は、いくつかの自動化および半自動μCPシステムが生成されている。チャクラらカスタムスタンプはレールシステム上に配置し、使用して金被覆したスライドと等角接触させるμCPシステムを開発コンピュータ制御の空気圧アクチュエータが、この方法は、カスタムスタンプ設計の正確な製造を必要とし、複数のμCP12ステップの実行時 に達成精度のnoレポートを10μmの精度を報告している。最近では、統合されたキネマティックカップリングシステムを利用する方法単一のパターンを使用して、1μm未満の精度を報告したが、正確に13を成形するための金型からのスタンプの特徴の正確な制御の欠如に起因する複数のパターンを位置合わせすることができなかった。また、従来の方法の両方は、基板は、パターン形成工程の間に固定されたままにする必要が、大幅であることができる表面改質の化学的性質の多様性を制限する利用した。切手のデザインと製造における最大の柔軟性を可能にしながらここでは、複数のμCPステップの正確かつ精密な位置合わせが可能な自動化されたR-μCPシステムについて説明します。さらに、パターニングされた基板を繰り返し、それによって連続的な求核置換を含む、多様な基質修飾化学薬品の使用を可能にする、プレス加工の間にシステムから除去することができる。基板は、化学反応を用いて操作達6,14等7の両方によって以前に細胞培養のために使用されている。したがって、我々は、複雑でマイクロパターン生化学的手がかりと培養基質の製造のためのスケーラブルな方法を開発するR-μCP逐次求核置換反応をマージした。アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
1.生成エラストマースタンプ
2.準備カバースライド
3. R-μCP外環の

図1. R-μCPシステムとロボットアームツーリング。 >(A)は、すべてのツールと備品付きのR-μCPシステムの大規模ビュー、(a)は、真空チャック、(b)は、試薬槽、(c)は下向きのカメラ、(d)のスタンプネスティング·フィクスチャ、(e)のロボットツール。 (B)〜(h)のABS担保PDMSスタンプを保持し、(f)は、ダイヤモンド先端エッチングツールと、(g)の空気圧吸引ツールを描いたロボットアーム工具。
4.マイクロパターンカバースライド上PEGMEMAのSI-ATRP
SI-ATRPの開始図3(A)反応およびL-アスコルビン酸ナトリウムを添加した後、(B)以降の色の変化の開始。 SI-ATRP手順に従ってマイクロパターンcoverslide表面の(C)の顕微鏡画像。スケールバー1ミリメートル。
マイクロパターンPEGMEMA鎖の5アジド官能基化
臭素官能化PEGMEMA鎖の6パッシベーション
内環の7、R-μCPとPEGMEMAのSI-ATRP
マイクロパターンPEGMEMAチェーン8.アセチレン官能基化
9.銅触媒」をクリックして "アセチレンのビオチン化はPEGMEMAチェーンを終端
ビオチン化アセチレン基の10。免疫蛍光検出
11.銅を含まない」をクリックして "アジのビオチン化はPEGMEMAチェーンを終端
注:必要に応じて、この基板改質工程は、細胞培養中にその場で行うことができる。
ビオチン化アジド基の12免疫蛍光検出
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「クリック」化学反応で官能化された直交PEGグラフト化ブラシのアレイと培養基質を設計するための手動アライメントμCP技術の使用は、以前の研究6で実証されている。しかし、これは、パターンの向きの最小の制御を提供し、多くの場合、官能化された領域の重複が生じる。ここでは、小説のR-μCPシステムは、この制限を克服するために使用され、その能力を正確にパターンを300μmIDと600μmのODが600μmの有するPEGブラシ年輪の別々のアレイ内に末端アルキン基を提示するとともに、PEGブラシ年輪の配列末端アジド基を提示するIDと900μmのODは14を示している。 PEGはアジドPEG 3 -BiotinとブラシとPEGを提示アジの反応はDBCO-PEG 4 -Biotinとブラシ提示アルキンの反応に続いて、基板は、蛍光プローブを用いて免疫染色し、共焦点顕微鏡(Fを使用して画像化したigure 4)。 2つのPEGブラシアレイは、サブ10ミクロンの精度で整列させたことを計算されたカスタムMATLABプログラムを使用して、これ...
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組織工学のための理想的な基質は、バイオインスパイアードし、それにより、ネイティブの組織内で発見の重要な生理活性リガンドの空間分布を再現することになる。彼らはまた、リガンドの時間的な調整およびそれらが向け組織形態形成および細胞運命の空間的に制限された誘導を可能にするために提示される空間パターンを可能にする動的な特性を有するであろう。このような基板の製造は、基板上の複雑かつ高度に秩序化された向きで、複数の生化学的手がかりの固定化を必要とします。 in vitroでの細胞のニッチのすべての内因性要因をシミュレートすることは無理ですが、ここで説明したR-μCPシステムは、空間的な向きのマイクロスケール制御と直交する生理活性化学の複数の領域の固定化を可能にします。
PEGブラシアレイが固定化リガンドと結合したままことを考慮すると、これらの基板の有用性をさらに増大させる生体特異的相互作用を誘発することができる、未結合PEGブラシは、タンパク質吸着に耐性のままであり、したがって、細胞接着および移動を制御するために役立つことができる。細胞外マトリックス(ECM)タンパク質ま...
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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言する。
この作業、GTK、TK、およびJDMのための資金は、ウィスコンシンディスカバリー研究所とウィスコンシン同窓会研究財団によって提供されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| スカラ | エプソン | LS3-401ST | 必要に応じて、精度を向上させたハイエンドモデルもご用意しています。 |
| (トリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチル)トリクロロシラン | Gelest | SIT8174.0 | 注意、化学ヒュームフードでのみ取り扱う必要があります。ウェーハをシラン化するときは、すべてのシランが蒸発するまで、誰もフードに入らないようにしてください。 |
| Sylgard 184シリコーンエラストマーキット | エルスワース接着剤株式会社 | NC9020938 | 前に真空暴露により溶液を脱気します。キット182などの代替キットもご利用いただけます。 |
| 24 mm x 50 mm #1 カバー スライド | フィッシャー サイエンティフィック | 48393106 | これらは、ニーズに合わせてさまざまな寸法のサプライヤーから購入できます。 |
| CHA-600 テレマーク 電子ビームエバポレーター | テレマーク | SEC-600-RAP | は専門的なトレーニングを必要とします。 |
| EPSON LS3 SCARA | EPSON | LS3-401ST | |
| ω-mertcaptoundecyl bromoisobutyrate | Prochimia | FT 015-m11-0.2 | -20°Cで保存。他のATRP開始剤は、このR-&muとして使用されてもよい。CPプラットフォームは、すべてのマイクロパターニングモダリティに適用できます。 |
| Schlenk チューブ フラスコ 50 ml | シンセウェア | 60003-078 | ダイアフラム付きのゴム栓が必要です。 |
| ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート | Sigma Aldrich | 447943 | MEHQおよびBHTフリーのレディカル阻害剤を含有して出荷されます。 |
| メタノール(認定ACS) | フィッシャーサイエンティフィック | A412-4 | 注意、薬品ヒュームフードでのみ取り扱います。 |
| 銅(II)臭化 | 物シグマアルドリッチ | 437867 | 注意、サージカルマスクで露出を制限します。 |
| 2,2'-ビピリジン | シグマアルドリッチ | D216305 | 注意、サージカルマスクで露出を制限します。 |
| ナトリウムL-アスコルビン酸 | シグマAldrich | A4034 | |
| 20 mlホウケイ酸ガラスシンチレーションバイアルフィ | ッシャーサイエンティフィック | 03-340-4E | |
| ナトリウムアジ化 | シグマAldrich | S2002 | 注意、サージカルマスクで露出を制限します。 |
| N、N-ジメチホルムアミド | グマアルドリッチ | 227056 | 注意、化学ヒュームフードでのみ取り扱います。 |
| エタノールアミン | Sigma Aldrich | 398136 | 注意、化学薬品ヒュームフードでのみ取り扱います。 |
| トリエチルアミン | シグマアルドリッチ | T0886 | 注意、化学薬品ヒュームフードでのみ取り扱ってください。 |
| ジメチルスルホキシ | シグマアルドリッチ | 276855 | 注意、化学薬品ヒュームフードでのみ取り扱ってください。 |
| プロパルギラミン | シグマアルドリッチ | P50900 | 注意、化学ヒュームフードでのみ取り扱います。 |
| 200プルーフエタノール | スコンシン大学材料流通サービス | 2292 | 注意、化学ヒュームフードでのみ取り扱います。 |
| アジド-PEG3-ビオチン | ClickChemistryTools | AZ104-100 | DMF |
| 銅(II)硫酸塩 | Sigma Aldrich | C1297 | 注意、サージカルマスクで露出を制限します。 |
| トリス[(1-ベンジル-1H-1,2,3-トリアゾール-4-イル)メチル]アミン(TBTA) | シグマアルドリッチ | 678937 | |
| L-アスコルビン酸 | シグマアルドリッチ | A7506 | |
| リン酸緩衝液生理食塩水 | 14190144 | ||
| ロバ血清 | シグマアルドリッチ | D9663 | バ血清汚染されたアイテムはバイオハザード物質と見なされ、それに応じて廃棄する必要があります。他のさまざまな化合物(例:BSA)が利用可能であり、この目的を果たします。 |
| 12ウェルポリスチレンプレート | Thermo Scientifit - NUNC | 07-200-81 | プレートは、さまざまな寸法のサプライヤーから購入できます。 |
| DBCO-PEG4-ビオチン | Clickchemistytools | A105P4-10 | DMF |
| ストレプトアビジンに可溶化、Alexa Fluor 488 共役Life | Technologies | S-11223 | |
| ストレプトアビジンに可溶化、Alexa Fluor 546 抱合Life | Technologies | S-11225 | PBSに可溶化 |
| ニコンA1-R 共焦点顕微鏡 | ニコン | ニコン エクリプス Ti、A1R | エピ蛍光顕微鏡は、機能化されたマイクロパターン化された基質を画像化するのに十分です。 |
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