Shape Memory Polymeren voor actieve cel Cultuur
July 4th, 2011
Een methode voor het ontwikkelen van celkweek substraten met het vermogen om te veranderen tijdens topografie cultuur is beschreven. De methode maakt gebruik van slimme materialen bekend als vormgeheugen polymeren die de mogelijkheid om een permanente vorm te onthouden zijn. Dit concept is aanpasbaar aan een breed scala van materialen en toepassingen.
Het algemene doel van deze procedure is om cellen te kweken in een substraat met een topografie die in de loop van de tijd verandert. Dit wordt bereikt door eerst een vormgeheugenpolymeer in een permanente vorm te programmeren die kan worden onthouden. Het vormgeheugenpolymeer wordt vervolgens geprogrammeerd in een tijdelijke vorm waarop later cellen worden geplaatst.
De laatste stap van de procedure is om het vormgeheugenpolymeer te activeren om terug te keren naar zijn permanente vorm door de temperatuur te verhogen, waardoor uiteindelijk resultaten kunnen worden verkregen die een verandering in celgedrag via fluorescentiemicroscopie laten zien. Hallo, mijn naam is Pat Mather. Ik ben hoogleraar biomedische en chemische techniek en directeur van het Syracuse Biomaterials Institute hier aan de Syracuse University.
Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van commerciële of aangepaste apparaten voor het strekken van cellen is dat we in een enkel polymeersysteem in staat zijn om een brede verscheidenheid aan complexe spanningen op cellen toe te passen. Mijn naam is Jay Henderson. Ik ben assistent-hoogleraar Biomedische en Chemische Techniek en lid van het Syracuse Biomaterials Institute.
Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen op het gebied van Mechanobiologie, zoals hoe cellen reageren op dynamische veranderingen in hun fysieke omgeving. Mijn naam is Kevin Davis en ik ben een promovendus aan de Syracuse University op het Department of Biomedical Engineering en Chemical Engineering. Hoewel deze methode inzicht kan geven in 2D mechanische biologie, kan deze ook worden gebruikt voor andere systemen zoals 3D vormveranderende scaffolds voor weefselengineering.
Voor de start van deze procedure bereidt u een aangepaste uithardingskamer voor met behulp van een glazen plaat, een 1 millimeter dikke Teflon-afstandhouder en een aluminium plaat. Bevestig de kamer met behulp van kleine binderclips om te beginnen, injecteer NOA 63 in de kamer via een gat in de Teflon-afstandhouder met behulp van een 18 gauge naald. Plaats vervolgens de kamer in een hotplate ingesteld op 125 graden Celsius.
Laat de kamer gedurende vijf minuten na het verwarmen van de kamer opwarmen tot een uniforme temperatuur. Cure NOA 63 gedurende 20 minuten door een UV-lamp 6,5 centimeter van het oppervlak van het glas te plaatsen. Verwijder de NOA 63 uit de kamer terwijl deze nog warm is met behulp van een scheermesje.
Postcureer vervolgens het vormgeheugenpolymeer onder de UV-lamp gedurende drie uur en 40 minuten direct op de hotplate op 125 graden Celsius. Om de vormgeheugen van de NOA 63 te karakteriseren, bereidt u een dumbell-monster voor door de uitgeharde film met een aangepaste stempel hot te persen. Plaats tenslotte het monster in een dynamische mechanische analyzer met trekbevestiging.
Stel het instrument in op krachtgestuurde modus en programmeer de testprocedure zoals gevonden in het schriftelijke protocol dat bij deze video hoort. Het resultaat van de procedure is isotheermisch uitgeharde vormgeheugenpolymeer of SMP-film. Plaats CSMP in een hotplate en stel de temperatuur hoger in dan de glasovergangstemperatuur om de modulus te verminderen en het snijden te vergemakkelijken. Om individuele monsters te bereiden van de isotheermisch uitgeharde s en p-film.
Snijd de s en p-film met een scheermesje naar de gewenste monstergrootte. De tijdelijke vorm kan op verschillende manieren worden vastgezet. Hier. Een hydraulische tafelpers met platen die kunnen worden verwarmd en gekoeld, wordt gebruikt om een tijdelijke topografie te embossen.
Stel eerst de temperatuur van de PLA's in op een temperatuur boven de tg. Voor deze demonstratie werd een stempel gemaakt door epoxy uit te harden op een vinylplaat om een tijdelijke vorm van parallelle groeven te produceren. De stempel kan van andere materialen worden gemaakt en met verschillende topografieën, maar moet stijver zijn dan de NOA 63.
Plaats bij de embostemperatuur de s en p-monsters met de zijde naar beneden op de stempel. Plaats vervolgens de monsters en de stempel in de pers. Breng ongeveer 100 kilo pascals voorbelasting aan om contact te maken tussen de verwarmende PLA's en de monsters. Houd ongeveer vijf minuten vast om de monsters een uniforme temperatuur te laten bereiken.
Zodra een uniforme temperatuur is bereikt, breng een tot zes megapascals aan op de monsters en houd ze een minuut vast. De SMP zal breken. Als een grotere spanning wordt toegepast.
Breng kleinere spanningen toe om topografieën met kleinere amplitudes te introduceren. Nadat de druk is toegepast, verlaag de temperatuur tot onder de TG door de waterkoelcapaciteit van de pers te gebruiken. Wanneer de temperatuur onder de tg is, verwijdert u de toegepaste kracht voordat u begint met het actieve celkweekexperiment.
Het UV-licht van de biologische veiligheidskast wordt gebruikt om de monsters te steriliseren. Schik de monsters met de zijde naar beneden in steriele schalen zonder deksels en zet het UV-licht aan gedurende zes uur. Draai vervolgens de monsters om in nieuwe steriele schalen in de positie met de zijde naar boven.
Zet het UV-licht nog eens zes uur aan. De monsters moeten worden geëquilibreerd tot een relatief stabiele toestand voordat ze met cellen worden geplaatst. Plaats de monsters in een 96-wellplaat en voeg 150 microliter compleet groeimedium per put toe.
Plaats de plaat in een incubator van 30 graden Celsius met 5%CO2 totdat de gewenste gedeeltelijke herstel is bereikt. Voor deze demonstratie worden de monsters 30 uur geïncubeerd om een voldoende grote amplitude te produceren om de cellen uit te lijnen.
Zodra gedeeltelijke herstel is bereikt, kunnen de monsters met cellen worden geplaatst. Plaats de monsters in een nieuwe 96-wellplaat. Voeg vervolgens 150 microliter celoplossing toe aan elk van de monsters hier, C3 H 10 t en een half.
Meestal worden embryonale fibroblasten gebruikt bij 20.000 cellen per milliliter. Om geïsoleerde cellen te bereiken, laat de cellen zich hechten en verspreiden op de tijdelijke topografie door te incuberen bij 30 graden Celsius gedurende 9,5 uur. Vervolgens de celmorfologie vóór de overgang beoordelen door monsters te verwijderen en het uitvoeren van kleuring en fluorescentiebeeldvorming van de monsters.
Dit materiaal vertoont autofluorescentie door het grootste de
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Dit artikel beschrijft een methode voor het ontwikkelen van celcultuursubstraten die tijdens de cultuur de topografie kunnen veranderen met behulp van vormgeheugenpolymeren. De techniek maakt het mogelijk om een polymeer in een permanente vorm te programmeren, die kan worden geactiveerd om terug te keren, wat het celgedrag beïnvloedt.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Celcultuur
- Biomaterialen
- Vormgeheugenpolymeren
Achtergrond
- Vormgeheugenpolymeren kunnen een permanente vorm onthouden en daarnaar terugkeren.
- Veranderende substraattopografie kan het celgedrag beïnvloeden.
- Deze methode is aanpasbaar aan verschillende materialen en toepassingen.
- Fluorescentiemicroscopie wordt gebruikt om veranderingen in celgedrag te observeren.
Doel van het onderzoek
- Om een substraat te ontwikkelen dat de topografie na verloop van tijd verandert.
- Om de effecten van topografische veranderingen op het celgedrag te onderzoeken.
- Om slimme materialen te gebruiken voor innovatieve celcultuurtechnieken.
Gebruikte methoden
- Vormgeheugenpolymeren programmeren in een permanente vorm.
- Een tijdelijke vorm creëren voor celplattering.
- Het polymeer activeren om terug te keren naar zijn permanente vorm door de temperatuur te verhogen.
- Fluorescentiemicroscopie gebruiken om veranderingen in celgedrag te analyseren.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle programmering van vormgeheugenpolymeren werd bereikt.
- Veranderingen in celgedrag werden waargenomen via fluorescentiemicroscopie.
- De methode toonde aanpasbaarheid aan verschillende materialen.
- Topografische veranderingen hadden een significante invloed op celreacties.
Conclusies
- De ontwikkelde methode biedt een nieuwe benadering van celcultuur.
- Vormgeheugenpolymeren kunnen de substraattopografie effectief veranderen.
- Deze techniek heeft potentiële toepassingen in weefselengineering.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Shape memory polymer (SMP) substrates enable programmable, dynamic control of cell culture topography, directly addressing the need for active mechanobiology platforms in early discovery. This capability supports predictive confidence in cell behavior studies by allowing real-time modulation of the cellular microenvironment. Integrating SMP-based active cell culture systems enhances mechanistic de-risking and informs target validation decisions across discovery and preclinical inflection points.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of cellular responses to dynamic mechanical cues for mechanistic de-risking.
- Supports functional target validation by revealing how cells adapt to changing substrate topographies.
- Facilitates predictive confidence in pathway analysis by controlling environmental variables.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, programmable substrates for reproducible mechanobiology assays.
- Standardizes topographical transitions to ensure assay consistency and quantitative outputs.
- Enables scalable screening of compounds under dynamic mechanical conditions.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro mechanobiology models with disease-relevant dynamic environments.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by enabling real-time cell adaptation studies.
- Provides predictive de-risking for tissue engineering and regenerative medicine applications.
Pipeline & Workflow Integration
SMP-based active cell culture platforms fit within the discovery-to-preclinical continuum, bridging early mechanistic studies and translational research.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on cell-environment interactions and pathway clarification.
- Screening: Delivers reproducible, programmable assay substrates for compound evaluation.
- Analytics: Provides quantitative readouts of cell morphology and cytoskeletal organization via fluorescence imaging.
- Translational Research: Models dynamic tissue environments to inform biomarker and therapeutic development.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform adaptable to various cell types and mechanobiology questions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cell-based assays.
- Operational Value: Standardizes dynamic substrate preparation and enables reproducible mechanobiology workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing dynamic, physiologically relevant data early in the pipeline.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of targets and models for advancement.
Implementation Considerations
- Requires expertise in polymer processing and mechanobiology assay design.
- Needs access to dynamic mechanical analyzers, programmable presses, and fluorescence imaging infrastructure.
- Demands cross-team standardization of substrate preparation and recovery protocols.
- Adaptable to both 2D and 3D culture systems with appropriate protocol modifications.
- Considerations include polymer composition, transition temperature, and topography design for specific applications.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:47
Isothermal UV-Curving of Norland Optical Adhesive 63 (NOA63) and Shape Memory Characterization
3:23
Preparation of Active Cell Culture Substrates
5:11
Active Cell Culture Experiment
7:22
Active Cell Culture on Shape Memory Polymers: Representative Results
10:02
Conclusion
