단백질 기반 hydrogels 3 차원 구조를 조작 하는 다른 메서드 여기 소재 속성에 대해 계산 됩니다. 세포 접착 펩 티 드와 함께 macroporous 네트워크는 공업화 하 고 두 개의 서로 다른 모델 셀 라인을 사용 하 여 세포 배양에서 그들의 타당성을 평가.
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단백질 기반 hydrogels 3 차원 구조를 조작 하는 다른 메서드 여기 소재 속성에 대해 계산 됩니다. 세포 접착 펩 티 드와 함께 macroporous 네트워크는 공업화 하 고 두 개의 서로 다른 모델 셀 라인을 사용 하 여 세포 배양에서 그들의 타당성을 평가.
Hydrogels 셀 문화 응용 프로그램 때문에 높은 수 화 셀 환경을 제공 하는 그들의 능력에 대 한 유망 자료로 인정 받고 있습니다. 3 차원 서식 파일의 필드는 자연적인 기질을 그 물질의 잠재적인 정체 때문 상승 이다. 단백질 기반 hydrogels가 있습니다 특히 유망한 functionalized 쉽게 수 있기 때문에 조정 가능한 물리 속성으로 정의 된 구조를 얻을 수 있습니다. 그러나, 천연 재료를 사용 하 여 셀 문화 응용 프로그램에 대 한 macroporous 3D 템플릿의 생산 종종 합성 물질의 그들과 비교 된 그들의 약한 기계적 성질에 의해 제한 됩니다. 여기, 다른 방법을 macroporous 소 혈 청 알 부 민 (BSA)를 생산 하기 위해 평가 했다-하이드로 겔 시스템, 반경에서 10 ~ 70 µ m의 범위에서 조정 가능한 기 공 크기를 기반으로. 또한, 몇 백 미크론 긴은이 단백질 기반 자료 채널을 생성 하는 방법 설치 되었다. 모 공, 기 공 크기의 영향 비율, pH, 온도 안정성, 그리고 효소 저하 행동, 붓기 등의 소재 속성에 생산 하는 여러 가지 방법은 분석 했다. 기 공 크기 hydrogels confocal 레이저 스캐닝 현미경 검사 법을 사용 하 여 네이티브, 부푼 상태에서 조사 되었다. 셀 문화 응용 프로그램에 대 한 타당성 단백질 시스템 및 두 개의 모델 셀 라인의 세포 접착제 RGD 펩타이드 수정을 사용 하 여 평가 했다: 인간 유방암 세포 (A549)와 adenocarcinomic 인간의 치경 기저 상피 세포 (MCF7).
Hydrogels는 많은 양의 물 바인딩 수 불용 성 3 차원 네트워크를 형성 하는 물자. 이러한 자료는 살아있는 세포에 대 한 우수한 환경 조건을 제공할 수 있습니다. 현재, 3 차원 하이드로 겔 구조의 세대에 그들의 화학 및 물리적 특성에 맞게 프로세스 개발에 관심이 증가 하고있다. 이 달성 되 면 세포의 성장 및 세포 행동의 조작에 대 한 템플릿이 생성된1,2,,34될 수 있습니다. 이러한 3 차원 구조 뿐만 아니라 기존의 2 차원 방법, 하지만 그들은 보다 더 자연스럽 고 현실적인 환경 또한 공개 새로운 가능성을 만들 줄기 세포의 성장에 대 한 또는 종양 모델5. 다른 재료는 젤6의 기 공 크기에 주로 의존 하는 특성의 범위를 소유한 다. 모 공 세포 문화 응용 프로그램, 조직 공학 및 줄기 세포의 감독된 성장에 중요 한 역할을 한다. 예를 들어, 매트릭스를 통해 확산 하는 산소와 영양분 그리고 충분 한 양의 세포7에 도달 할 수 있어야 합니다. 다른 한편으로, 유해한 대사 산물, 최대한 빨리 제거 되어야 한다 고 세포 성장 위한 충분 한 공간이 사용 가능한7수 있어야 합니다. 따라서, 재료의 기 공 크기, 속성 심각 하 게 영향을 미칠 행렬의 잠재적인 혜택 및 가능한 응용 프로그램. 재료의 특성에 따라, 다른 세포-성장 과정; 신경 구조의 형성을 포함 하 여 3 차원 세포 배양에서 발생할 수 있습니다. 성장과 분화의 피부 나 뼈 세포; 그리고 hepatocytes 또는 섬유 아 세포2,3,,89,10,11같은 특별 한 줄기 세포 라인의 감독된 성장. 또 다른 중요 한 포인트는 물질의 가능한 응용 프로그램에 영향을 미치는 외부 자극12쪽으로 그것의 안정성입니다. 예를 들어는 히드로 세포 배양 또는 인체에 기계적 무결성을 유지 해야 합니다.
최근 몇 년 동안, 강화, 3D 셀 문화 hydrogels에 연구와 많은 연구 시스템13의 3 차원 구조를 해결 하기 위해 실시 했다. 화학적 합성된 구성 요소 구성 Hydrogels 가장 일반적으로 쉽게 합성 및 화학적 수정 수 있고 그들은 높은 안정성을 전시 하기 때문에 조사 (주 외., 2011 리뷰 참조)5. 그러나, 단백질에는 많은 유익한 속성이:으로 소위 "정밀 고분자," 그들은 생체; 그들은 정의 길이; 그들은 상대적으로 쉽게 수정; 그리고 그들은 많은 수의 대상 사이트14,15. 이와 관련, 많은 분야에서 응용 프로그램에 대 한 매우 구체적인, 혁신적인 구조를 생성할 수 있습니다. 본이 연구에서는 단백질 기반 하이드로 겔16 자료의 3 차원 구조에 영향을 잘 설립 방법의 능력을 보여 주기 위해 사용 되었다. 또한, 능력과 기 공 세대에 적용도 조사 했다.
많은 다른 기술이 간단한 방법 및 재료 과학의 다른 분야에서 정교 하 고, 고도로 전문화 된 기술 모두를 포함 하 여 3 차원 구조를 수정할 수 있습니다. 광범위 한 기술을 잘 정의 된 구조17를 생성 하는 전기의 사용 이다. 충전된 섬유는 전기 분야에 의해 해결책에서 가져온 고 산소에 노출 시 응고. 이 방법에서는, 몇몇 미크론까지 여러 나노미터의 범위에서 섬유를 생산 수 있습니다. 추가 기술을 크기, 구조, 그리고 매트릭스 내의 숨 구멍의 배포를 조정 하는 소프트 리소 그래피, 사진 평판, 유체역학 초점, 전기 살포 바이오 인쇄18,,1920. 이러한 기술의 중요 한 결점은 특정, 비싼 장비 및 특수 화학 제품 또는 자료에 대 한 의존도. 또한, 이러한 기술을 경험 종종 단백질 기반 재료를 직접 양도 이며 화학 물질 및 방법의 많은 셀 호환 되지 않습니다.
다른 한편으로, 많은 기술을 쉽고 저렴 적용 하 고 재현 하 그들을 만드는 특별 한 장비에 의존 하지 마십시오. 구조 조작에 대 한 광범위 한 방법은 용 매 캐스팅21,,2223입니다. 입자 중 합 반응 전에 추가 되 고 솔루션 포화 homogenously 배포 됩니다. 중 합 후 희석 또는 pH 변화, 같은 조건의 변화를 모는 재료 내에서 유지 하는 동안 입자의 solvation에 지도 한다. 소금, 설탕, 파라핀, 젤라틴, 분필, 등이 기술에 사용 되는 화학 물질 저렴 하 고 쉽게 사용할 수 있다 동결에 부 어 hydrogels 동결 됩니다. 진공에서 액체 단계의 후속 승화는23,,2425수행. 네트워크에서 물 승화 만큼 부드러운 재료의 특정 3D 구조를 유지 하는. 가스 거품, 동안에 중 합, 젤21내 숨 구멍을 떠나는 해결책 가스와 스트리밍됩니다. 크기와 숨 구멍의 분포는 가스 흐름에 따라 조정할 수 있습니다.
형성 단백질 히드로, BSA는 tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium 염화 물 (THPC) 1 차 아민 4 무장 링커 분자26의 hydroxy 그룹 사이 공유 결합의 형성에 대 한 있도록 Mannich 형 반응에서으로 반작용 했다. 반응 발생 가능한 유해한 중간체 물질의 과도 한 씻기에 의해 제거 됩니다.
이 연구에서는 조작 하 고 숨 구멍의 크기에 맞게 다른 기술로 BSA 기반 소재를 치료의 가능성을 보여 줍니다. 각 기술을 사용할 수 있습니다 어떤 실험실에 전세계, 특별 한 장비는 필요 하다. 또한, 다른 매개 변수를 같은 붓기 비율, 효소 분해성, pH 안정성, 온도 감도, 검사 그리고 서로에 비해 특히 존중 다른 기술의 영향에 3D 아키텍처의 생성에. 마지막으로, 자료 했다 기능성 세포 배양 물질의 가능한 응용 프로그램을 조사 하기 위해 셀 접착제 펩 티 드와 함께. 두 개의 서로 다른 모델 셀 라인 사용 되었다: A549 및 MCF7.
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1. 하이드로 겔 준비
2. 동결 된 Hydrogels
3. 입자 침
4. 채널 형성
5. 하이드로 겔 시각화
6. 셀 문화 타당성
7. 하이드로 겔 속성

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하이드로겔 개발은 재료 연구 관련 생물학 연구에서 가장 두드러진 분야 중 하나가 되었으며, 과학 연구 아카이브에 수천 개의 항목이 색인되어 있습니다. 많은 시스템의 동작에 대한 연구가 잘 이루어졌지만, 3D 네트워크, 특히 민감한 단백질 기반 재료의 조작은 종종 재료 과학의 주요 문제입니다. 일반적으로 과소평가되는 또 다른 과제는 극저온 전자 현미경을 사용하여 물질의 기본 구조를 정확하게 측정하는 것입니다. 이는 시료 준비(즉, 건조) 공정이 하이드로겔 특성을 자주 변경하기 때문입니다. 이 문제를 극복하기 위해 여기의 재료 샘플은 원래 물이 부풀어 오른 상태에서 재료의 특성을 분석할 수 있는 방법인 컨포칼 현미경을 사용하여 분석되었습니다. 로다민 B는 정전기 상호작용을 통해 하이드로겔 골격에 결합할 수 있으며 물질의 시각화를 용이하게 합니다. 이 단백질 기반 시스템을 수정하기 위한 동결 건조 접근법의 타당성을 조사하기 위해 하이드로겔을 중합하고 액체 질소...
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거대 다공성 매트릭스의 생산은 다양한 분야에 도움이 될 수 있습니다. 하이드로겔의 정의된 구조와 특정 재료 특성을 제어하고 조정할 수 있는 능력으로 인해 기술적, 경제적 잠재력이 높습니다. 그러나 기공이나 채널과 같은 초분자 구조 요소를 3D 템플릿에 도입하면 팽창 비율이나 강성과 같은 재료의 전반적인 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 이로 인해 네트워크의 원치 않는 분해, 성능 저하 또는 고장이 발생할 수 있으며, 따라서 재료가 무용하거나 단순히 원하는 응용 분야에 적용할 수 없게 될 수 있다12. 단백질은 정의된 구조, 고유한 생체 적합성(천연 공급원에서 파생되기 때문에) 및 사용 가능한 많은 변형 부위(예: 반응성 아미노기, 수산기- 또는 카르복실기)로 인해 하이드로겔에 적용할 수 있는 알려진 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 많은 단백질 기반 하이드로겔은 합성 하이드로겔에 비해 충분한 기계적 안정성이 부족합니다16. 대형...
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저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.
저자는 바 덴-뷔르템베르크 재단 "Bioinspired 소재 합성" 프레임 워크 (BioMatS-14)에 그들의 재정 지원에 대 한 감사 하 고 싶습니다.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 인산염 완충 식염수(PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
| Dulbecco' s 변형 된 독수리' s medium (high glucose) | Life Technologies / 써모 피셔 | 11140-050 | |
| 소 태아 혈청 (FBS) | Life Technologies / Thermo Fisher | 10270-106 | |
| 페니실린-스트렙토마이신 | 생명 기술 / 써모 피셔 | ||
| MEM 비필수 아미노산 용액 | 시그마 알드리치 | M7145-100ML | |
| 트립신 EDTA 0.05% 페놀 레드 | 써모 피셔 사이언티픽 | 25300062 | |
| 에탄올 99.8%, vergä llt | ö lfabrik Schmidt | 2133 | |
| NaCl | 칼 로스 | 9265.1 | |
| 알부민 분획 V | Carl Roth | 3854.2 | |
| THPC | 시그마 알드리치 | 404861-100ML | 독성 |
| 0.1% 트리톤 X-100 | 시그마 알드리치 | X100-100ML | 약간 독성 |
| 팔로이딘-로다민 | 라이프 테크놀로지스 / 써모 피셔 | R415 | |
| 3.7% 포름알데히드 | 라이프 테크놀로지스 / 써모 피셔 | F8775-25ML | 독성 |
| 로다민 B | 시그마 알드리치 | 81-88-9 | |
| 필트로푸르 S 0.2 | Sarsted Ag und Co. | 2 83.1826.001 | |
| &마이크로; 슬라이드 8 웰 | Ibidi GmbH | 80826 | |
| KCSSGKSRGDS 펩타이드 | UPEP Ulm | 맞춤형 시스템 | |
| 에탄올 99.8%, vergä llt | 칼 로스 | K928.5 | |
| Falcon 5 ml 폴리스테렌 라운드-바텀 튜브 | Sarsted Ag und Co. | 62.547.254 | |
| 튜브 50 ml | Sarsted Ag und Co. | 62.547.254 | |
| 튜브 1.5 ml | Sarsted Ag und Co. | 72,690,001 | |
| 튜브 2 ml | Sarsted Ag und Co. | 72,691 | |
| 세포 배양 마이크로플레이트, 96 WELL, PS, F-BOTTOM | Greiner | 655073 | |
| FreezeDryer Epsilon 1-6D, | Christ, Osterode am Harz, 독일 | ||
| 컨포칼 레이저 스캐닝 현미경 | Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany | ||
| Zen 소프트웨어 버전 2012 SP1, 블랙 에디션, 407 버전 8,1,0,484 | Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany | ||
| GSA Imaga Analyzer Software, GSA Image Analyzer, GSA, Version 419 3.8.7 | GSA GmbH |
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