ミクロゲルロッドからの連結マクロポーラス3D足場
June 16th, 2022
相補的な反応性基を有するミクロゲルロッドは、水溶液中で相互連結する能力を有するマイクロフルイディクスを介して製造される。異方性ミクロゲルは、球形ベースのシステムと比較して、より大きな細孔を有する安定した構築物に詰まりそして相互連結する。GRGDS-PCで修飾されたミクロゲルは、細胞培養に使用できるマクロポーラス3Dコンストラクトを形成します。
このプロトコルは、マイクロポア足場に相互リンクするマイクロゲルロッドの製造について説明しています。これらの足場は、効率的な細胞細胞相互作用に必要なスペースを提供する細胞と組み合わせて利用することができます。2つの異なるタイプのマイクロゲルロッドは、接触すると相互リンクします。
高アスペクト比では、球状マイクロゲルと比較して少ない合成材料を使用して足場の安定性を維持しながら、より大きな細孔をもたらす。微細孔足場は、損傷した組織を修復するための内因性細胞の浸潤と相互作用を大幅に増強します。大きな毛穴は血管形成を促進し、成長組織に栄養素を交換します。
足場材料の減少は、組織形成のために提供されるより多くのオープンスペースとして有益であり、これはin vitroおよびin vivoアプリケーションの両方にとって重要である。重要な側面は、マイクロフィティックオンチップ技術です。マイクロゲルロッドの連続生産を確実にするために、製品は目詰まりすることなくチューブから効果的に輸送されなければなりません。
はじめに、針をポリエチレンチューブに挿入し、シリンジとチューブからガスを取り除きます。次に、追加のポリエチレンチューブをコンセントに挿入して製品を収集します。次に、すべてのガラスシリンジとシリンジポンプを配置し、各チューブの端を対応する入口に挿入します。
次に、顕微鏡を油水断面に焦点を合わせます。最初のオイルシリンジポンプを始動して、分散相によるチャネルの濡れを防ぐために、最初にチャネルをオイルで満たします。次に、最初のオイル流量を毎時30マイクロリットルに減らし、分散した水相が断面で観察できるまでプレポリマーシリンジポンプを起動します。
次に、プレポリマーの流量を毎時30マイクロリットルに設定し、顕微鏡を出口に焦点を合わせます。次に、2番目のオイルシリンジポンプを始動し、流量レジームが安定するまで待ちます。出口管を回収容器に入れ、放射照度が900〜1000ミリワット/平方の範囲になるようにUV照射システムを設定します。
そして照射スポットは出口の前の直流路部分です。UV照射前に、プレポリマーと第1油の流量を調整して3.0〜4.5の範囲で所望のアスペクト比を達成し、分散相の照射時間を照射スポットの大きさに応じて約2.3秒に設定する。その後、UV照射を開始し、必要に応じて、前のサブセクションに従って流量を再度調整します。
次に、回収容器を変更し、製品の回収開始時刻と流量をメモします。収集を終了するには、時刻をメモして収集コンテナーを削除します。その後、照射とすべてのシリンジポンプを停止します。
その後、製品をn-ヘキサン、イソプロパノール、および脱イオン水でそれぞれ5回洗浄します。次に、ロッド沈降後の上澄み液を除去します。第1成分分散液を円錐形の1.5または2ミリリットルの透明バイアルに移す。
次に、100マイクロリットルのピペットを使用した連続操作で制御された方法で2番目の成分を追加し、ピペットを使用して内容物を直接混合して液体を取り込み、再度追加します。次に、G R G D S P C溶液を連結構造に加え、遊離アミンとチヤールを有する細胞接着ペプチドで残りのすべてのエポキシ基を修飾し、室温で一晩放置します。次に、イオン交換水で洗浄して未反応分子を除去し、上清を除去する。
水位を下げた後、バイアルを開け、波長250〜300ナノメートルのUV光を除染します。次に、バイアルを閉じて、バイアルをクリーンベンチに移します。その後、滅菌水で洗ってください。
バイアル内の水を細胞培養培地と交換し、5分間平衡化します。次に、マクロ多孔質足場をスパチュラを用いて流し込むか、実験用の細胞培養ウェルプレートに移す。共焦点顕微鏡検査により、3Dマクロ多孔質構造は、相互結合したアミンとエポキシ官能化マイクロゲルロッドで構成されていることが明らかになりました。
この構築物は、2〜3秒以内に形成された約10, 000本のマイクロゲルロッドのコンパクトな形状を示す。アミンおよびエポキシマイクロゲルロッドの有効ヤング率、ならびにアミンおよびエポキシマイクロゲル球は、ナノインデンテーションによって測定されます。活性官能基を検出するために、フルオレセインイソチオシアネートを使用して第一級アミノ基を可視化することができ、フルオレセインアミン異性体1つをエポキシ基の標識に使用することができます。
アミンマイクロゲルロッドの寸法は、脱イオン水中での平均長さ553マイクロメートル、平均幅193マイクロメートルであり、アスペクト比は約3.0です。マクロ細孔とマイクロゲル棒で構成された足場の平均値は100マイクロメートルで、細孔径の90%は30マイクロメートルから150マイクロメートル以上の範囲です。マイクロゲルのような球は、約10〜55マイクロメートルの細孔サイズを持つクラスターをもたらし、平均値は約22マイクロメートルです。
記載されたマイクロゲルロッドは、ランダム混合によって連結されたミクロ細孔足場を生成するように設計されている。制御された混合手順により、将来、よりカスタマイズされた足場形状の製造が可能になります。マイクロゲルの剛性と生化学的手がかりは、販売要件に基づいて変えることができます。
異なるビルディングブロックを組み合わせることで、1つの足場内でさまざまな形状とプロパティを実現できます。このようにして、特定の細胞を効率的に標的にして多細胞組織を形成することができます。
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概要
この記事では、細胞培養に適したマイクロポアの足場を形成するために相互にリンクするマイクロゲルロッドの製作について説明します。このユニークな設計により、安定性を維持しながらより大きなポアを可能にし、細胞間の相互作用と組織修復を向上させます。
主要な研究構成要素
科学分野
- 神経科学
- 生体材料
- 組織工学
背景
- マイクロゲルロッドはマイクロ流体工学によって製造されます。
- それらは相互リンクのための補完的な反応基を持っています。
- これらの構造は球形のマイクロゲルと比較してより大きなポアを作ります。
- マクロポア構造は細胞培養を効果的にサポートできます。
研究の目的
- 安定した足場に相互リンクできるマイクロゲルロッドを製作すること。
- 組織工学応用における細胞間相互作用を強化すること。
- より大きなポア構造を通じて栄養交換を改善すること。
使用された方法
- マイクロゲルロッドのマイクロ流体工学的製作。
- GRGDS-PCによるマイクロゲルの修飾。
- 足場の安定性とポアサイズの評価。
- マクロポア構造における細胞培養の有効性の評価。
主要な結果
- マイクロゲルロッドは接触時にリンクし、安定した足場を形成します。
- 高アスペクト比により、より大きなマイクロポアが形成されます。
- 足場はより少ない合成材料で安定性を維持します。
- 組織修復のための細胞の浸潤と相互作用が強化されます。
結論
- マイクロゲルロッドは細胞培養のための足場を作るのに効果的です。
- より大きなポアは血管形成と栄養交換を促進します。
- このアプローチは組織工学応用に大きく役立つ可能性があります。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Interlinked macroporous 3D scaffolds fabricated from functionalized microgel rods enable the creation of high-porosity, mechanically stable constructs for advanced cell-based assays and tissue engineering models. This platform supports efficient cell infiltration and interaction, providing a robust foundation for discovery-stage studies requiring physiologically relevant environments. The method's modularity and tunable properties position it as a reusable capability for translational research and preclinical model development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Facilitates interrogation of cell-matrix interactions in a controlled 3D environment.
- Enables functional validation of biomaterial-driven cellular responses.
- Supports predictive confidence in early-stage tissue engineering hypotheses.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible scaffolds for quantitative cell-based assays.
- Enables preparation of high-porosity constructs for compound screening workflows.
- Supports scalability and platform reuse across multiple assay formats.
Translational & Preclinical Research
- Aligns scaffold architecture with disease-relevant tissue models for translational continuity.
- Enables risk-adjusted advancement of biomaterial candidates based on functional cell outcomes.
- Supports mechanistic de-risking by allowing post-modification of active functional groups.
Pipeline & Workflow Integration
This scaffold fabrication method integrates from early discovery through preclinical research, supporting lead identification and translational model development.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of cell behavior in tunable 3D matrices.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative readouts for cell viability and interaction studies.
- Analytics: Provides measurable outputs such as pore size distribution and scaffold stiffness for comparative analysis.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to preclinical tissue models through customizable scaffold properties.
- Enterprise Reuse: Offers a modular platform adaptable to diverse cell types and experimental needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cell-matrix studies.
- Operational Value: Standardizes scaffold production for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by enabling robust, physiologically relevant assays.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of biomaterial and tissue engineering programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidics and polymer chemistry for scaffold fabrication.
- Needs access to UV irradiation systems and analytical tools for scaffold characterization.
- Demands cross-team standardization for reproducible scaffold properties and assay integration.
- Adaptable to various cell types and experimental models with post-modification options.
- Practical limitations include flow control precision and potential clogging during microgel rod production.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
1:11
Production and Purification of Amine and Epoxy Functionalized Microgel Rods
3:34
Macroporous Scaffold Formation and Cell Adhesive Post-Modification
4:24
Sterilization and Transfer into Cell Culture Media
5:02
Results: Interlinked Macroporous 3D Scaffolds from Microgel Rods
6:41
Conclusion
