September 15th, 2017
Bij deze methode, wij gebruiken photopolymerization en klik op chemie technieken proteïne of peptide om patronen te creëren op het oppervlak van polyethyleenglycol (PEG) hydrogels, verstrekken geïmmobiliseerd bioactieve signalen voor de studie van cellulaire reacties in vitro .
Het algemene doel van deze methodologie is om geïmmobiliseerde bioactieve ruimtelijke eiwitpatronen te creëren die kunnen worden gebruikt om cellulaire reacties te bestuderen. Deze methode maakt het mogelijk om in-vivo signalen na te bootsen met behulp van biomateriaalstrategieën. Deze techniek maakt nauwkeurige nabootsing mogelijk van bepaalde signaalmotieven die niet kunnen worden bereikt met standaard kweekmethoden zoals sequentiële groeifactoren, celsignalering en ruimtelijk specifieke biochemische signalen.
Dit protocol is belangrijk voor bestaande methoden omdat het een eenvoudige methode biedt voor het aanpassen van de stijfheid van het substraat en eiwitpatronen. Hoewel deze methode weefselengineering en regeneratieve geneeskundetechnologieën verder kan ontwikkelen, kan deze ook worden toegepast om andere systemen te bestuderen, zoals weefselontwikkeling en stamcelbestemming. Om te beginnen, bereid stockoplossingen voor voor het belangrijkste hydrogelcomponent, polyethyleenglycoldiacrylaat, de foto-initiator, lithium phenyl-2, 4, 6-trimethylbenzoylfosfinaat en het ECM-eiwit, fibronectine, onder steriele omstandigheden zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol.
Filter steriliseer elke oplossing met een 0,22 micron spuitfilter voor gebruik of opslag van de afzonderlijke aliquots. Wikkel vervolgens de PEG-DA-oplossing in folie om deze te beschermen tegen licht. Wikkel de stockoplossing van de foto-initiator in folie om deze te beschermen tegen licht en bewaar de bereide oplossing bij vier graden Celsius gedurende maximaal enkele maanden.
Als de fibronectine stockoplossing bevroren is, laat steriele aliquots enkele uren op ijs ontdooien of overnacht bij vier graden Celsius. Begin met het autoclaveren van één polyestervel voor elke gelvorm. Week vervolgens twee glasplaatjes in drie plastic ruimtemakers voor elke gelvorm gedurende minimaal twee uur in 70% ethanol.
Week bovendien vijf klemmen voor elke gelvorm gedurende 10 minuten in 70% ethanol. Plaats de glasplaatjes, ruimtemakers en klemmen op een kleine autoclaafplaat in de celkweekkap om ze enkele uren te laten drogen. Bereid vervolgens de hydrogelvormen voor door de 0,5 millimeter dikke plastic ruimtemakers rond de rand van een glasplaat te plaatsen.
Plaats de tweede glasplaat erop en zet de ruimtemakers vervolgens stevig naast elkaar vast met behulp van klemmen. Steriliseer ten slotte het formulier aan de oppervlakte door het in de kap te plaatsen en de UV-lamp gedurende 30 minuten aan te zetten voor gebruik. Halverwege het sterilisatieproces, draai het formulier om om beide oppervlakken te kunnen blootstellen.
Maak de gel precursor-oplossingen zoals beschreven in tabel één van het bijbehorende tekstprotocol. Meng vervolgens de PEG-DA, fibronectine en foto-initiator volumes om de hydrogel te creëren. Pipetteer de oplossing krachtig om een homogene oplossing te garanderen, maar vermijd het maken van bellen.
Pipetteer de gel precursor-oplossing voorzichtig tussen de twee glasplaatjes van de gelvorm. Plaats vervolgens de mal onder een UV-licht en stel het een tot twee minuten bloot om de hydrogel te vormen. Zodra het is gevormd, verwijder de klemmen en verwijder voorzichtig de bovenste glasplaat door tegengestelde druk uit te oefenen op de twee zijruimtemakers.
Gebruik vervolgens een geschikt gedimensioneerde biopsiepons om de hydrogel monsters uit te snijden. Snip meerdere hydrogels uit het gel rechthoek om als replica's en controle monsters te dienen. Steriliseer de fotomasker door deze 10 minuten in 70% ethanol te weken.
Plaats vervolgens de fotomasker voorzichtig op het oppervlak van de hydrogel. Druk voorzichtig op het masker om eventuele bellen die zich tussen het masker en het hydrogeloppervlak vormen te verwijderen. Plaats vervolgens de hydrogel onder het UV-licht en stel het bloot aan een tweede ronde UV-licht gedurende 30 tot 60 seconden.
Was de hydrogels met PBS om eventuele niet-gereageerde soorten te verwijderen en plaats elke hydrogel in de putplaat zodat het patroonoppervlak naar boven gericht is. Was vervolgens de gels een nacht in PBS bij vier graden Celsius. Verwijder PBS uit de putten, voeg vervolgens 250 microliters basaal EGM2 toe aan elke put en incubeer de gels gedurende vijf tot tien minuten bij 37 graden Celsius.
Tijdens de incubatie, verdwijnt een plaat van bijna confluente HUVECs in een enkele celsuspensie met behulp van standaardtechnieken. Spin vervolgens de celsuspensie en verwijder voorzichtig het supernatant. Re-suspendeer het celpellet en basaal EGM2 zonder toegevoegde groeifactoren en voeg wat van de celsuspensie toe aan een hemokytometer.
Tel de cellen om de concentratie te bepalen. Spin vervolgens de plaat met de hydrogels bij 300 x G gedurende drie minuten af om ervoor te zorgen dat de hydrogels zich op de bodem van de put bevinden en niet zweven. Het is van cruciaal belang dat hydrogels niet in de putten zweven.
Zwevende hydrogels beperken het succes van celzaaien en veroorzaken problemen met hydrogel beeldvorming. Pipetteer langzaam 75.000 cellen per centimeter vierkant op het centrum van elk hydrogeloppervlak om de gels niet te verstoren. Plaats vervolgens de plaat in een celkweekincubator bij 37 graden Celsius.
Verwijder gedurende enkele dagen periodiek de schaal om de celmigratie in reactie op het eiwitpatroon te observeren. Ververs elke twee tot drie dagen 50% van het medium. Bij het vormen van de hydrogels kunnen verschillende precursor PEG-diacrylaatconcentraties worden gebruikt om de gewenste substraatstijfheid te verkrijgen.
Hier getoond, 20% PEG-DA-oplossing correleert met de stijfheid van meer dan 100 kilopascals. Het is ook belangrijk om zowel de foto-initiatorconcentratie als de UV-belichtingstijd te overwegen, omdat een toename in een van beide variabelen de bioactiviteit van gebonden moleculen zal verminderen, hier weergegeven door de bioactiviteit van lysosomen. Het minimaliseren van de UV-belichting tijdens de hydrogelvorming is cruciaal om vrije acrylaatfunctionele groepen te behouden voor subsequente eiwit immobilisatiereacties.
<View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Deze methodologie maakt gebruik van fotopolymerisatie en klikchemie om geïmmobiliseerde bioactieve eiwitpatronen op polyethyleenglycol (PEG) hydrogels te creëren. Deze patronen zijn essentieel voor het bestuderen van cellulaire reacties in vitro, waardoor in-vivo signalen effectief worden nagebootst.
This method enables precise spatial control of biochemical cues on tunable hydrogels, addressing a key limitation in conventional cell culture for studying microenvironment-driven signaling. By decoupling substrate stiffness from protein patterning, it supports mechanistic de-risking in target validation and phenotypic screening workflows. The platform enhances predictive confidence in preclinical models by recapitulating niche-specific extracellular matrix presentations relevant to stem cell fate and tissue development.
The method fits within the discovery continuum from target hypothesis testing to lead identification by providing tunable, bioactive substrates that bridge reductionist assays and complex tissue-like environments.