심근세포 정렬의 변화를 주도하기 위한 마이크로 패턴화된 자기 유변학적 엘라스토머

우리는 심근세포가 기계적 환경의 역동적 가역 변화에 어떻게 반응하는지, 생체 내에서 경험하는 강성과 구조의 변동을 모방하는 방식을 조사하고 있습니다. MRE가 도입된 이후, 우리는 심장학 분야에서 여러 중요한 연구를 발표했습니다. 이 자료들을 이용해 성체 심근세포에서 강성 유발 비대가 미세소관 네트워크에 의존한다는 사실을 발견했습니다.

최근에는 심장 섬유아세포와 iPSC 유래 심근세포에서 기계적 기억에 관한 더 많은 정보를 밝혀냈습니다. 자기유변학적 탄성체를 사용하는 가장 좋은 점은 그 단순함입니다. 우리의 프로토콜은 말 그대로 간단합니다. 시중에서 나온 여러 제품들이 함께 작용하여 강력한 무언가를 만들어내는 것입니다.

최첨단 과학을 누구나 쉽게 접할 수 있게 하는 사용하기 쉬운 접근법입니다. 이는 특히 심부전처럼 조직의 역학이 항상 변하는 상태에서 보다 현실적인 질병 모델의 길을 열었습니다. 또한 연구자들이 매우 조율 가능하고 동적이며 가역적인 더 똑똑한 생체재료를 설계하는 데도 도움을 줍니다.

저희 팀은 주로 심장병에 집중했지만, 최근에는 MRE의 동적 가장 강성 범위를 5킬로파스칼에서 최대 400킬로파스칼로 확장했습니다. 이 돌파구는 우리가 연구를 확장하고 심장을 넘어 다른 장기와 협력할 수 있는 문을 열어줍니다. 우선, 베이스와 경화제를 10:1 비율로 혼합하여 184 폴리디메틸실록산(PDMS) 10g을 준비합니다.

184 PDMS 5g을 35밀리미터 페트리 접시에 부어. 그 후 접시를 건조기에 넣고 약 5분에서 10분 동안 기포가 사라질 때까지 배출하세요. 184 PDMS를 60도 섭씨 오븐에서 30분간 부분 경화시킵니다.

경화까지 5분이 남았을 때, 회절 격자 표면에 추가로 184 PDMS를 얇게 덮습니다. 약 5분간 건조기에 넣어 가스 제거합니다. 이제 부분적으로 경화된 184 PDMS가 들어 있는 35밀리미터 페트리 접시를 오븐에서 꺼내세요.

회절 격자를 PDMS로 뒤집어 접시 내 부분적으로 경화된 184 PDMS 위에 올려놓습니다. 회절 격자를 가볍게 눌러 소량의 PDMS가 주변을 감쌀 때까지 합니다. 남은 184개의 경화되지 않은 PDMS를 사용해 그레이팅 주변 접시를 다시 메워 경화 중에도 제자리에 고정되도록 하세요.

그 다음 60도(섭씨) 온도로 설정한 오븐에 1.5시간 동안 넣습니다. 경화 후에는 그레이팅이 있는 그릇을 오븐에서 꺼내세요. 회절 격자 주변에 메스를 사용해 표시를 하세요.

회절 격자 밑에 소량의 이소프로필 알코올을 뿌려 침투하세요. PDMS에서 패턴과 평행한 방향으로 격자를 떼어내세요. 과잉 PDMS는 제거하고 패턴이 있는 부분만 남겨두세요.

그 다음 PDMS 도장을 원하는 크기로 잘라내세요. MRE 접시에 패턴 방향을 표시하세요. 실란으로 도장을 코팅하려면, 제작된 184 PDMS 도장을 무늬가 위를 향한 상태로 산소 플라즈마 세정기 안에 넣습니다.

표면에 45와트의 산소 플라즈마를 30초간 투여하세요. 처리된 184 PDMS 스탬프를 흡기 후드에 위치한 건조기 안에 넣습니다. 이제 마이크로 원심분리기 튜브 뚜껑을 뜯어내세요.

마이크로 원심분리기 튜브 뚜껑을 건조기 안에 PDMS 스탬프 옆에 놓으세요. 미세원심분리관 뚜껑에 실란 20마이크로리터를 피펫으로 주입하세요. 건조기를 닫고 진공청소기를 당겨 증기 코팅을 시작하세요.

MRE 준비 과정에서는 원하는 양의 실리콘 신너와 ECO 엘라스토머 파트 B를 측정합니다. 이들을 분당 2,500회전으로 1분간 스피드 믹서에서 혼합합니다. ECO 엘라스토머 파트 A와 카보닐 철 입자를 혼합물에 넣고 분당 2,500회전으로 1분간 다시 혼합합니다. 팁 컷오프가 있는 전사 피펫을 사용해 MRE 혼합물 5g을 새로운 35밀리미터 페트리 접시에 분사합니다.

건조기에서 약 5분간 탈가스한 후, 60도 오븐에서 10분간 부분 경화시킵니다. 경화까지 5분이 남았을 때, 전사 피펫을 사용해 경화되지 않은 MRE를 추가해 PDMS 스탬프의 패턴 표면에 코팅만 하세요. 코팅된 도장을 건조기에 넣어 5분간 가스 제거합니다.

부분적으로 숙성된 MRE 접시를 오븐에서 꺼내세요. 겸자를 사용해 도포된 도장을 MRE 표면에 뒤집고 가볍게 눌러주세요. MRE 접시에 패턴 방향을 표시하세요.

조립품을 다시 오븐에 넣고 60도 섭씨에서 추가로 25분간 가열하세요. 재료가 완전히 경화되면, 스칼펠로 우표 하단 가장자리에 무늬선과 수직인 방향으로 MRE를 표시합니다. 우표 주변 절단 부위에 소량의 이소프로필 알코올을 발라주세요.

그 다음 겸자로 MRE에서 PDMS 도장을 패턴과 평행하게 떼어내세요. MRE 표면을 70% 에탄올로 세 번 세척하여 소독하고, 세 번째 세척은 20분간 방치하세요. 그 후 MRE 표면을 멸균 PBS로 세 번 세척하세요.

MRE 표면에 마그네슘과 칼슘이 함유된 PBS에 10마이크로그램/밀리리터의 피브로넥틴을 37도 섭씨에서 1시간 동안 코팅하여 세포가 장치에 부착되도록 합니다. 마지막으로, MRE 표면을 마그네슘과 칼슘이 함유된 PBS로 세 번 세척한 후, 신생아 쥐 심근세포에 평방센티미터당 20,000 세포의 밀도로 씨앗을 심습니다. 마스터 몰드에서 MRE 기판으로의 마이크로 패턴 전이도는 정규화된 높이 프로파일과 피치 및 높이의 정량적 측정을 통해 이 그림에서 입증됩니다.

X 프로파일 비교 결과, MRE의 정규화된 피처 높이 프로파일은 마스터 몰드와 거의 동일하지만, 피크 높이가 약간 낮아지고 피처 형태가 더 넓어졌습니다. MRE 기판의 평균 피치는 약 10마이크로미터였으며, 마스터 몰드의 피치와 크게 차이가 없었습니다. MRE 기판의 평균 특징 높이는 마스터 몰드보다 현저히 낮았으며, 평균 높이는 각각 3.81 마이크로미터와 5.49 마이크로미터였습니다.