September 29th, 2017
ここで動的イミン化学を用いたキトサン ベース注射ゲルの作製について述べる。ハイドロゲルの機械的強度と 3 D 細胞培養への応用を調整する方法が掲載されています。
このプロトコルの全体的な目標は、最終的に治療治療に使用するために、三次元細胞培養用の注射可能なキトサンハイドロゲルを調製することです。この方法は、自己修復ハイドロゲルの領域における疑問、例えば、自己修復性ヒドロゲルを全面的に浸漬して作製する方法や、それを3D細胞培養に使用する方法など、その疑問に答えることができます。この技術の私の利点は、互換性のある自己修復ハイドロゲルを非常に簡単な方法で調製することができ、3D細胞培養を使用することである。
このハイドロゲルは注射用でもあるため、細胞治療の担体としても使用できます。さて、Yongsan Li氏がハイドロゲルの作り方と、このハイドロゲルを使った3D細胞培養の方法をご紹介します。Yongsan Liは、私たちの研究室の大学院生です。
ハイドロゲルを作るには、まずDF PEGを合成します。ヒュームフードで、丸底フラスコに分子量4, 000 PEGの4グラムを秤量し、トルエンの100ミリリットルを追加します。次に、ポリマーを溶解するために、溶液を温めます。
すべてのポリマーが溶解したら、蒸発器を使用してすべての溶剤を取り除きます。次に、トルエンを混合し、さらに2回蒸発させるプロセスを繰り返して、乾燥PEGポリマーを調製します。次に、マグネチックスターラーと100ミリリットルのDHFを使用して、ポリマーを溶解します。
次に、0.9グラムの4-カルボキシベンズアルデヒドを溶液に溶解します。次に、0.07グラムのジメチルアミノピリミドを溶液に溶解します。次に、無水塩化カルシウムで満たされた乾燥チューブに1.25グラムのDCCを追加します。
次に、反応を室温で約12時間攪拌します。翌日、500ミリリットルの冷たいジエチルエーテルを使用して白い固形物を沈殿させ、真空ろ過を使用して固形物を収集します。溶質を捨て、換気の良い場所で固形物を乾燥させます。
次に、白い固形物を100ミリリットルのTHFに溶かします。不溶性の白い固形物は、続行する前にろ過する必要があります。次に、新鮮な冷たいジエチルエーテルを使用して溶解した固形物を沈殿させます。
次に、真空ろ過を使用して固形物を収集し、再び乾燥させます。このプロセスを2〜3回繰り返してから、白い固形物を真空乾燥オーブンに入れて完全に乾燥させます。得られた白色粉末は最終製品です:ベンズアルデヒド末端DF PEG。
培養のために細胞をハイドロゲルにカプセル化するには、まず0.44グラムのDF PEGを4ミリリットルのチューブで2ミリリットルの細胞増殖培地に溶解します。混合物をボルテックスして重量の20%の溶液にします。次に、溶液を滅菌します。
10ミリリットルの注射器に入れ、0.22ミクロンのバクテリア保持フィルターに押し込みます。次に、0.165グラムのグリコールキトサンを4ミリリットルの細胞培養培地と混合し、ボルテックスを使用して4重量%のキトサン溶液を作ります。次に、別の0.22ミクロンのバクテリア保持フィルターを使用して溶液を滅菌します。
次に、トリプシンを用いてL929細胞などの細胞を回収します。採取した細胞を洗浄し、1ミリリットルあたり375万個の細胞で培地に再懸濁します。次のステップでは、セルを3Dマトリックスに植え付けます。
これらの手順を正確に実行することは、成功を収めるために重要です。次に、渦を使用して0.4ミリリットルの細胞懸濁液を0.4ミリリットルのキトサン溶液と混合します。この混合物を直径2cmのシャーレの中央にピペットで移し、0.2ミリリットルのDF PEG溶液をシャーレにピペットで移します。
次に、穏やかなピペッティングを使用して、ヒドロゲルの形成を誘導します。ヒドロゲルの形成を評価するには、ディッシュを傾け、溶液の粘度を観察します。カプセル化された細胞の注入性をテストするには、10ミリリットルの注射器で同じ調製を行います。
次に、ヒドロゲルが形成された後、48ゲージの針を通してヒドロゲルをゆっくりとペトリ皿に排出します。次に、プレート内のハイドロゲル-細胞混合物に1ミリリットルの培地を加え、プレートをインキュベーターに移して培養します。1日おきに培地を交換し、3Dヒドロゲル細胞培養液を重ね合わせます。
イメージングのためにハイドロゲルにカプセル化された細胞を調製するには、まずハイドロゲルを1ミリリットルのPBSで2回すすぎます。次に、ハイドロゲルをフルオレセイン-ジアセテート溶液とヨウ化プロピジウム溶液で染色します。両方の溶液を0.5ミリリットルをヒドロゲルに重ね、ハイドロゲルを室温で15分間インキュベー
トします。染色液と短時間インキュベートした後、すべての溶媒を吸引します。次に、共焦点顕微鏡を使用してハイドロゲルを観察し、488ナノメートルで励起して生細胞を観察し、543ナノメートルで励起して死細胞を観察します。2ミクロンのスライスで画像スタックを収集し、ハイドロゲル中の細胞の分布を検証します。
L929細胞。生体内環境組織剛性が約5,600パスカルの典型的なマウスグラスファイバー細胞株をヒドロゲルにカプセル化した。その生存率は培養プロセス全体を通じて非常に高く、驚くべき細胞密度を達成しました。
ハイドロゲル中での7日間の培養後、細胞数は200%増加しました48ゲージの針を介して細胞培養皿に排出されたハイドロゲルは、約1時間後に自己治癒して統合されたハイドロゲルを再形成することができました。培養に7日後、これらの細胞も劇的に増殖しました。一部の細胞が2つに分かれているように見える細胞分裂イベントの証拠が見つかりました。
この生死アッセイは非常に高い生存率を示し、注射後の3Dハイドロゲルでの細胞増殖が成功したことを実証しました。この細胞増殖速度は、培養後7日後の未注入細胞の約3/4でした。そのため、注入時のせん断力は測定可能なマイナスの影響をもたらしますが、注入された細胞はまだかなり増殖していました。
このビデオを見れば、自己修復型ハイドロゲルの調製方法、このハイドロゲルを3D細胞培養に使用する方法、このハイドロゲルによる細胞への送達方法がわかるはずです。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば1時間以内に行うことができます。最良の手順に従い、細胞治療や薬物送達のための生体内注射などの他の方法を実行できます。
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この記事では、動的イミン化学を利用してキトサンベースの注射可能なハイドロゲルを調製する方法について説明します。焦点は、三次元細胞培養への応用に向けてハイドロゲルの機械的強度を調整することにあります。
This protocol enables the rapid preparation of injectable, self-healing chitosan hydrogels for 3D cell culture, offering a tunable platform that mimics physiological tissue stiffness. The dynamic imine chemistry allows for adjustable gelation kinetics and mechanical properties, supporting reproducible encapsulation of cells such as L929 fibroblasts. This approach addresses early-stage challenges in biomaterial design by providing a versatile, biocompatible system for evaluating cell behavior in a controlled 3D microenvironment.
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum, enabling early evaluation of cell-material interactions before advancing to in vivo models.