Method Article

Polimery z pamięcią kształtu do aktywnej hodowli komórkowej

DOI:

10.3791/2903

July 4th, 2011

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisano metodę tworzenia substratów do hodowli komórkowych z możliwością zmiany topografii podczas hodowli. Metoda wykorzystuje inteligentne materiały znane jako polimery z pamięcią kształtu, które mają zdolność zapamiętywania trwałego kształtu. Koncepcja ta można dostosować do szerokiej gamy materiałów i zastosowań.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Polimery z pamięcią kształtu (SMP) to klasa "inteligentnych" materiałów, które mają zdolność zmiany ze stałego, tymczasowego kształtu do z góry określonego stałego kształtu po zastosowaniu bodźca, takiego jak ciepło1-5. W typowym cyklu pamięci kształtu SMP jest najpierw odkształcany w podwyższonej temperaturze, która jest wyższa niż jego temperatura przejścia, Ttrans [albo temperatura topnienia (Tm), albo temperatura zeszklenia (Tg)]. Deformacja ma charakter sprężysty i prowadzi głównie do zmniejszenia entropii konformacyjnej składowych łańcuchów sieciowych (zgodnie z teorią sprężystości gumy). Zdeformowany SMP jest następnie schładzany do temperatury poniżej jego Ttrans przy zachowaniu stałego odkształcenia zewnętrznego lub naprężenia. Podczas chłodzenia materiał przechodzi w stan sztywny (półkrystaliczny lub szklisty), który kinetycznie zatrzymuje lub "zamraża" materiał w tym stanie o niskiej entropii, prowadząc do makroskopowego utrwalenia kształtu. Odzyskiwanie kształtu jest wyzwalane przez ciągłe podgrzewanie materiału przez Ttrans w warunkach bezstresowych (nieograniczonych). Pozwalając łańcuchom sieci (z odzyskaną ruchliwością) zrelaksować się do preferowanego termodynamicznie stanu maksymalnej entropii, materiał zmienia się z tymczasowego kształtu na trwały kształt.

Komórki są zdolne do badania właściwości mechanicznych otaczającego je środowiska6. Mechanizmy, za pomocą których mechaniczne interakcje między komórkami i ich środowisko fizyczne kontrolują zachowanie komórek, są obszarami aktywnych badań. Substraty zdefiniowanej topografii okazały się potężnymi narzędziami w badaniu tych mechanizmów. Wykazano, że mezoskalowe, mikroskalowe i nanoskalowe wzorce topografii substratów kierują wyrównaniem komórek, adhezją komórek i siłami trakcyjnymi komórek7-14. Odkrycia te podkreśliły potencjał topografii substratu w kontrolowaniu i oznaczaniu interakcji mechanicznych między komórkami a ich środowiskiem fizycznym podczas hodowli komórkowej, ale stosowane do tej pory substraty były na ogół pasywne i nie można było ich zaprogramować tak, aby zmieniały się znacząco podczas hodowli. Ten fizyczny zastój ograniczył potencjał substratów topograficznych do kontrolowania komórek w hodowli.

Tutaj wprowadzane są substraty SMP do aktywnej hodowli komórkowej (ACC), które wykorzystują pamięć kształtu powierzchni, aby zapewnić programowaną kontrolę topografii i deformacji substratu. Podłoża te wykazują zdolność do przechodzenia od tymczasowej topografii rowkowanej do drugiej, prawie płaskiej, zapamiętanej topografii. Ta zmiana topografii może być wykorzystana do kontrolowania zachowania komórek w standardowych warunkach hodowli komórek.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Izotermiczne utwardzanie UV NOA63

  1. Niestandardowa komora utwardzania została opracowana przy użyciu szklanego szkiełka (75 mm x 25 mm x 1 mm), teflonowej przekładki o grubości 1 mm i aluminiowej płytki (75 mm x 25 mm x 3 mm), jak pokazano na rysunku 1. Komora jest utrzymywana razem za pomocą małych klipsów do segregatorów.
  2. Wstrzyknąć NOA63 do komory przez otwór w przekładce teflonowej za pomocą igły o rozmiarze 18. NOA63 można delikatnie podgrzać, aby ułatwić wstrzykiwanie.
  3. Umieść komorę na płycie grzejnej ustawionej na 125 °C i pozwól jej nagrzać się do jednolitej temperatury przez 5 minut.
  4. Wstępnie utwardzić N....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tg NOA63 można łatwo kontrolować za pomocą temperatury utwardzania. Wykorzystaliśmy to do wygenerowania substratów SMP, które mogą być wyzwalane w zakresie kompatybilnym z komórkami. NOA63 jest uplastyczniany przez wodę, która obniża suchą Tg, więc zwiększyliśmy suchą Tg poprzez utwardzanie w temperaturze 125 °C, aby przesunąć mokry zakres Tg między 30 a 37 °C.

Zademonstrowane aktywne substraty do hodowli komórkowych są w stanie kontrol.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy chcieliby podziękować Kelly A. Burke za pomoc techniczną w przygotowaniu podłoża ACC. Na podstawie artykułu opublikowanego w Biomaterials, Davis KA, et al., Dynamic cell behavior on shape memory polymer substrates, Biomaterials, doi:10.1016/j.biomaterials.2010.12.006, Copyright Elsevier (2011). Niniejszy materiał opiera się na pracach wspieranych przez NSF w ramach grantu nr. DMR-0907578.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
NOA63Norland Products, Inc.NOA63Numer partii 111
Dogbone PunchTestResource, Inc. Shakopee, MNZmniejszona kość dogbone typu IV (ASTM D638-03)
Stołowa prasa hydraulicznaCarver3851
C3H10T1/2 Mysie fibroblasty embrionalneATCCCCL-226
Szafa bezpieczeństwa biologicznegoThermo Fisher Scientific, Inc.1357
Spektrolinialampy UVSB-100PC
Dynamiczny analizator mechaniczny (DMA)TA InstrumentsQ800
Odwrócony mikroskop fluorescencyjnyLeica Microsystems LeicaDMI 4000B
Konfokalny laserowy mikroskop skaningowyCarl Zeiss, Inc.Obiektyw olejowy LSM 71020x/0,8 NA air lub 40x/1,30 NA

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Liu, C., Qin, H., Mather, P. T. Review of progress in shape-memory polymers. J. Mater. Chem. 17, 1543-1543 (2007).
  2. Mather, P. T., Luo, X. F., Rousseau, I. A. Shape Memory Polymer Research. Annu. Rev. Mater. Res. 39, 445-445 (2009).
  3. Lendlein, A., Kelch, S.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Polimery z pami ci kszta tuSMPmateria y inteligentnemateria y reaguj ce na bod cetemperatura przej ciatemperatura topnieniatemperatura zeszkleniaentropia konformacyjnateoria elastyczno ci gumystan p krystalicznystan szklistymakroskopowe ustalanie kszta tuodzyskiwanie kszta tuw a ciwo ci mechaniczne kom rekinterakcje kom rka rodowisko

Related Articles