Elastômeros magneto-reológicos micropadronizados para impulsionar mudanças no alinhamento de cardiomiócitos

Estamos investigando como os cardiomiócitos respondem a mudanças dinâmicas e reversíveis em seu ambiente mecânico, imitando as flutuações de rigidez e estrutura que experimentam in vivo. Desde a introdução da MRE, publicamos vários estudos importantes em cardiologia. Usando esses materiais, descobrimos que a hipertrofia impulsionada pela rigidez em cardiomiócitos adultos depende das redes de microtúbulos.

Mais recentemente, descobrimos mais informações sobre memória mecânica tanto em fibroblastos cardíacos quanto em cardiomiócitos derivados de iPSC. A melhor parte de usar elastoméros magnetor-heológicos é sua simplicidade. Nossos protocolos são simples como parece, apenas uma combinação de produtos prontos para usar juntos para criar algo poderoso.

É uma abordagem fácil de usar que torna a ciência de ponta acessível a todos. Isso abriu caminho para modelos de doenças mais realistas, especialmente para condições como insuficiência cardíaca, onde a mecânica do tecido está sempre mudando. Também ajuda pesquisadores a projetar biomateriais mais inteligentes, altamente ajustáveis, dinâmicos e reversíveis.

Nossa equipe tem focado principalmente em doenças cardíacas, mas recentemente expandimos a faixa dinâmica mais rígida dos nossos MREs de apenas 5 quilopascais para até 400 quilopascales. Esse avanço abre a porta para ampliarmos nossa pesquisa e colaborarmos com outros órgãos além do coração. Para começar, misture a base e o agente de cura em uma proporção de 10 para 1 para preparar 10 gramas de 184 polidimetilsiloxano, ou PDMS.

Despeje cinco gramas dos 184 PDMS em uma placa de Petri de 35 milímetros. Depois, coloque o recipiente em um dessecador e desgase por aproximadamente cinco a dez minutos até que todas as bolhas tenham desaparecido. Deixe 184 PDMS curar parcialmente por 30 minutos no forno a 60 graus Celsius.

Quando restam cinco minutos para a cura, aplique uma camada fina de 184 PDMS adicionais na superfície da grade de difração. Coloque-o em um dessecador para desgasificar por aproximadamente cinco minutos. Agora, retire da fornalha a placa de Petri de 35 milímetros contendo os 184 PDMS parcialmente curados.

Inverta a grade de difração com PDMS sobre os 184 PDMS parcialmente curados na antena. Pressione levemente a grade de difração até que uma pequena quantidade de PDMS a envolva. Use os 184 PDMS não curados restantes para preencher o recipiente ao redor da grelha, garantindo que ele fique no lugar durante a cura.

Depois, coloque a travessa no forno a 60 graus Celsius por 1,5 hora. Após a cura, retire a panela com a grelha do forno. Use um bisturi para marcar ao redor da grade de difração.

Aplique uma pequena quantidade de álcool isopropílico para penetrar por baixo da grade de difração. Puxe a grade do PDMS na direção paralela aos padrões. Remova qualquer PDMS excedente, restando apenas a seção padronizada intacta.

Depois, corte o carimbo do PDMS no tamanho desejado. Marque a direção do padrão no prato de MRE. Para revestir o carimbo com silano, coloque o selo fabricado de 184 PDMS dentro de um limpador de plasma de oxigênio, com a superfície padronizada voltada para cima.

Trate a superfície com 45 watts de plasma de oxigênio por 30 segundos. Coloque os 184 carimbos PDMS tratados dentro de um dessecador posicionado em uma exaustão de fumo. Agora, arranque a tampa de um tubo de microcentrífuga.

Coloque a tampa do tubo da microcentrífuga ao lado dos carimbos do PDMS dentro do dessecador. Pipete 20 microlitros de silano para a tampa do tubo da microcentrífuga. Feche o dessecador e puxe um vácuo para iniciar a camada de vapor.

Para a preparação da ERM, meça a quantidade desejada de diluente de silicone e da parte B de elastomer ECO. Misture a 2.500 rotações por minuto em um misturador rápido por um minuto. Adicione a parte A do elastômero ECO e partículas de ferro carbonilo à mistura e misture novamente a 2.500 rotações por minuto durante um minuto. Usando uma pipeta de transferência com a ponta de corte, dispense cinco gramas da mistura MRE em uma nova placa de Petri de 35 milímetros.

Desgasifice em um dessecador por aproximadamente cinco minutos e depois cure parcialmente por 10 minutos no forno a 60 graus Celsius. Quando restar cinco minutos para a cura, use uma pipeta de transferência para adicionar a MRE não curada, apenas para revestir a superfície padronizada do carimbo do PDMS. Coloque o carimbo revestido em um dessecador para desgasificar por cinco minutos.

Retire a taça de MRE parcialmente curada do forno. Usando pinças, vire o carimbo revestido virado para baixo sobre a superfície da MRE e pressione levemente. Marque a direção do padrão no prato de MRE.

Coloque o conjunto de volta no forno a 60 graus Celsius por mais 25 minutos. Quando o material estiver totalmente curado, use um bisturi para marcar a MRE na borda inferior do carimbo em uma direção perpendicular às linhas do padrão. Aplique uma pequena quantidade de álcool isopropílico na região cortada ao redor do carimbo.

Depois, use pinças para puxar o carimbo do PDMS da MRE na direção paralela ao padrão. Esterilize a superfície do MRE lavando com etanol 70% três vezes e deixe a terceira lavagem descansar por 20 minutos. Depois, lave a superfície da MRE três vezes com PBS estéril.

Revestir a superfície da ERM com 10 microgramas por mililitro de fibronectina em PBS contendo magnésio e cálcio por uma hora a 37 graus Celsius para promover a adesão celular ao dispositivo. Por fim, lave a superfície da MRE três vezes com PBS contendo magnésio e cálcio, e semeie os cardiomiócitos neonatais do rato com uma densidade de 20.000 células por centímetro quadrado. A fidelidade da transferência de micropadrões do molde mestre para o substrato MRE é demonstrada nesta figura por meio de perfis de altura normalizados e medições quantitativas de inclinação e altura das características.

A comparação do perfil X mostrou que o perfil normalizado de altura das características do MRE seguia de perto o do molde mestre, embora com alturas de pico ligeiramente reduzidas e formas de características mais largas. O passo médio do substrato MRE era de aproximadamente 10 micrômetros e não era significativamente diferente do passo do molde mestre. A altura média da característica no substrato MRE foi significativamente menor do que a do molde mestre, com valores médios de 3,81 micrômetros e 5,49 micrômetros, respectivamente.