Методическая статья

Магнитореологические эластомеры с микроструктурой стимулируют изменения в выравнивании кардиомиоцитов

DOI:

10.3791/68271

⸱

10 июня 2025 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, University of Delaware, 2Cardiovascular Institute, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, 3Department of Materials Science and Engineering, University of Delaware, 4Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children

В этой статье

Краткое содержание

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

Мы представляем динамическую и обратимую платформу для измерения жесткости, изготовленную с использованием ультрамягкого силиконового эластомера (полидиметилсилоксана, PDMS) со встроенными частицами железа. Этот новый анализ подходит для изучения возникающих физических изменений в фенотипах клеток, зависящих от времени, включая контроль контакта. Здесь мы измеряем выравнивание кардиомиоцитов неонатальной крысы при усилении матрицы с помощью магнетизма.

Аннотация

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

Субстратные сигналы, такие как механические и топографические, оказывают глубокое влияние на клеточную реакцию. Тем не менее, большая часть фундаментальных исследований использует статические или изолированные эффекты. Направление и временная шкала этих механических воздействий на возникающие клеточные реакции остаются в значительной степени неизученными. Инструменты для изучения того, как изменяющиеся во времени субстратные стимулы управляют физиологическими и патологическими процессами, могут открыть новый уровень механобиологического понимания. Здесь мы используем магнитореологические эластомеры (МРЭ) с микроструктурой, которые могут быстро затвердевать и размягчаться в ответ на внешнее магнитное поле, что позволяет более тщательно исследовать влияние механической (жесткости) и контактно-управляемой (топографической) стимуляции на ориентацию и выравнивание кардиомиоцитов новорожденных крыс. Интегрируя динамический контроль механической жесткости, который может быть настроен и обращен вспять, мы можем тщательно проверить эффекты нагрузки путем (1) предварительного кондиционирования в идентичных условиях и (2) резкого изменения биомеханики in vitro , чтобы должным образом имитировать клинически значимые феноменологии, такие как инфаркт миокарда. Такой подход позволяет изучать влияние нагрузки на клеточные реакции более реалистичным и контролируемым образом.

Введение

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

Способность сердца эффективно перекачивать кровь зависит от архитектуры и механических свойств (жесткости) его миокарда, где точная организация клеток и тканей имеет важное значение для скоординированного сокращения и общего функционирования. Миокард в основном состоит из кардиомиоцитов (КМ), которые у взрослых имеют удлиненную, почти палочковидную морфологию с саркомерами (сократительной единицей КМ), выровненными по длине клетки. Напротив, фетальные или индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (КМ), полученные из плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), значительно отличаются от взрослых КМ. Они, как правило, имеют более округлую форму, одно ядро, неорганизованную или невыровненную саркомерную структуру и нерегулярную частоту биения. Структурное сходство организации миокарда in vivo обеспечивает синхронность сокращения и передачи силы; Это имеет решающее значение и необходимо для повторения естественного миокарда с помощью модели in vitro. Для создания КМ со структурными характеристиками, сходными со зрелым миокардом, предыдущие исследования продемонстрировали успешные стратегии для ускорения созревания, включая манипулирование жесткостью субстрата 1,2, применение механической деформации3, использование контактного направления 4,5 или использование электрической стимуляции 6,7.

Давно известно, что жесткость внеклеточной среды влияет на клетки. Существует огромное разнообразие ригидности по всему человеческому телу, начиная от сотен паскалей (Па) в мозге и заканчивая десятками гигапаскалей (ГПа) в костях 8,9,10. Было обнаружено, что во время развития ткани изменяют жесткость, и это изменение регулирует дифференцировку на клеточном уровне и созревание в фенотипы взрослых особей, которые необходимы для нормального функционирования 11,12,13,14. Изменения ригидности также были связаны с болезненными состояниями и прогрессированием специфических патологий 15,16,17,18. В частности, жесткость миокарда изменяется с развитием и прогрессированием заболеваний; Например, здоровый миокард имеет модуль упругости ~10 кПа в отличие от отказавшего сердца, которое имеет модуль эластики 35-70 кПа или более19. Кроме того, в многочисленных исследованиях in vitro сообщалось, что кардиомиоциты, культивируемые на субстрате, аналогичном нативной жесткости миокарда, обладают лучшей саркомерной организацией20, генерируют оптимальное сокращение 1,19 и имеют самую длительную продолжительность потенциала действия21.

Кроме того, стало более общепризнанным, что клетки in vivo подвергаются воздействию сложного разнообразия топографических сигналов в их микроокружении, которые определяют форму и функционирование. Эти топографические сигналы бывают разных размеров и геометрии, от случайного расположения интегринов на молекулярном уровне до выравнивания клеток в мышечных тканях на микронном уровне22,23. Как и другие механические регуляторы, топография важна для морфологии клетки, такая как распространение, удлинение, выравнивание, подвижность, дифференцировка и апоптоз 24,25,26. С внедрением синтетических культуральных субстратов были разработаны методы создания контролируемой топографии поверхности для клеточной и тканевой культуры 27,28,29. Например, микроструктурированные нано- и микробороздки были использованы для обеспечения контактного управления клетками млекопитающих, чтобы клетки ориентировали и ремоделировали свой цитоскелет в соответствии с топографическими структурами субстрата культуры.

Здесь мы представляем метод культивирования in vitro, который объединяет как структурное (контактный сигнал), так и механическое (жесткость) управление с использованием структурированной подложки из магнитореологического эластомера (MRE), перестраиваемого материала, который может быть усилен или смягчен путем регулировки силы магнитного поля 17,30,31,32 . Располагая магниты рядом с культуральным субстратом, можно увеличить жесткость, при этом степень жесткости можно изменять, изменяя расстояние между образцом и магнитом. И наоборот, жесткость можно уменьшить, полностью удалив магнит. Этот подход обеспечивает надежный, динамичный и контролируемый метод воспроизведения механических условий in vivo, в то время как поверхностное микроструктурирование вносит анизотропию, что позволяет создавать больше биомиметических субстратов для 2D-клеточных культур.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. Изготовление шаблонного штампа PDMS

ПРИМЕЧАНИЕ: Штамп PDMS имеет важное значение благодаря своей гибкости, позволяющей легко манипулировать и точно контактировать при подготовке узорчатой поверхности MRE. Гибкость штампа также позволяет легко удалять его из слоя MRE PDMS без повреждения рисунка, обеспечивая как точную передачу рисунка, так и сохранение поверхности MRE.

  1. Приготовьте 10 г 10:1 (основа: отвердитель) 184 PDMS.
  2. Налейте 5 г 184 PDMS в чашку Петри диаметром 35 мм и дегазируйте в эксикаторе на ~5-10 минут, пока все пузырьки не рассеются.
  3. Дайте 184 PDMS частично затвердеть в духовке при 60 °C в течение 30 минут.
  4. Когда останется 5 минут для частичного отверждения 184 PDMS, добавьте тонкий слой дополнительного 184 PDMS в дифракционную решетку и дегазируйте в эксикаторе на ~5 минут.
  5. Достаньте из духовки форму диаметром 35 мм с частично отвержденным 184 PDMS.
  6. Переверните дифракционную решетку с PDMS на частично отвержденную 184 PDMS в чашке диаметром 35 мм.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что дифракционная решетка направлена вниз в частично отвержденную 184 PDMS в чашке диаметром 35 мм.
  7. Слегка надавите на дифракционную решетку, пока небольшое количество 184 PDMS не охватит решетку.
  8. Используйте оставшуюся неотвержденную 184 PDMS для засыпки чаши, окружающей решетку, чтобы она оставалась на месте во время отверждения.
  9. Поместите посуду с дифракционной решеткой в духовку, установленную при температуре 60 °C, на 1,5 часа.
  10. После полного отверждения 184 PDMS выньте из духовки 35-миллиметровую тарелку с дифракционной решеткой.
  11. Надрежьте вокруг дифракционной решетки скальпелем.
  12. Нанесите небольшое количество изопропилового спирта (IPA) для проникновения под дифракционную решетку.
  13. Оттяните решетку от 184 PDMS в направлении, параллельном шаблонам.
  14. Удалите лишние 184 PDMS, оставив только узорчатую секцию.
  15. Отрежьте штамп 184 PDMS до нужного размера.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В этом исследовании для устройств используется штамп размером от 1 см × 1 см.

2. Покрытие поверхности штампа PDMS

ПРИМЕЧАНИЕ: Обработка силаном создает поверхностное покрытие, которое предотвращает нежелательную адгезию между слоями PDMS во время штамповки, обеспечивая плавное разделение и сохраняя качество переноса рисунка.

  1. Лечение силаном (предпочтительный метод)
    1. Поместите изготовленный штамп 184 PDMS в плазменный очиститель O2 поверхностью вверх. Обработайте поверхность PDMS плазмой O2 мощностью 45 Вт в течение 30 с.
      ПРИМЕЧАНИЕ: После извлечения из плазменного очистителя немедленно накройте штампы крышкой (или крышкой), чтобы убедиться, что на очищенных штампах не оседает мусор.
    2. Поместите штампы 184 PDMS в эксикатор в вытяжном шкафу.
    3. Оторвите крышку от микроцентрифужной пробирки.
    4. Поместите крышку микроцентрифужной пробирки рядом с штампами 184 PDMS в эксикаторе.
    5. Добавьте 20 мкл трихлора (1H, 1H, 2H, 2H-перфтороктил) силана в крышку микроцентрифужной пробирки.
      ВНИМАНИЕ: Это химическое вещество опасно для здоровья и поэтому его следует использовать только в вытяжном шкафу для химикатов.
    6. Закройте эксикатор и потяните пылесос.
    7. Дайте силану покрыть марки от 1 часа до ночи.

3. Получение магнитореологических эластомеров

ПРИМЕЧАНИЕ: Для создания настраиваемых и обратимых MRE точное соотношение частиц карбонильного железа и эластомера в сочетании с применением магнитного поля позволяет регулировать жесткость в диапазоне значений. Изменяя фракцию частиц, модуль эластомера основания и напряженность магнитного поля, жесткость материала может быть точно настроена в соответствии с конкретными требованиями.

  1. Более мягкий динамический диапазон подготовки MRE (см. Таблицу 1 для примера гирь)
    1. Отмерьте желаемое количество силиконового разбавителя и эко-эластомера части B и перемешайте при 2500 об/мин в скоростном миксере в течение 1 минуты.
    2. Добавьте в раствор эластомер Eco часть А и частицы карбонильного железа и перемешайте при 2500 об/мин в скоростном миксере в течение 1 минуты.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Порядок смешивания имеет решающее значение для обеспечения желаемого времени полимеризации.
    3. С помощью переводной пипетки с отрезанным кончиком добавьте 5 г MRE в новую чашку Петри диаметром 35 мм и дегазируйте в эксикаторе на ~5 минут, затем дайте частично застыть в духовке при 60 °C в течение ~10 минут.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Обеспечение правильного выравнивания печи и эксикатора имеет важное значение для получения плоского образца, что имеет решающее значение для простоты визуализации.
    4. По прошествии 5 минут с помощью трансферной пипетки добавьте дополнительное количество неотвержденного MRE, чтобы просто покрыть поверхность штампа 184 PDMS. Поместите покрытый штамп в эксикатор для дегазации на 5 минут.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте осторожны и не используйте слишком много MRE, потому что, если он покроет края штампа, это затруднит удаление штампа после полного отверждения MRE. Кроме того, обязательно обозначайте направление рисунка на каждом шагу, чтобы при извлечении штампа из MRE его можно было потянуть в направлении, параллельном узорам.
    5. Извлеките MRE из духовки и с помощью пары щипцов осторожно переместите штамп с покрытием. Переверните его лицевой стороной вниз на частично отвержденный MRE и слегка нажмите. Поставьте MRE и покрытый покрытием штамп обратно в духовку при температуре 60 °C еще на 25 минут.
    6. После полного отверждения используйте скальпель, чтобы надрезать MRE в нижней части штампа, перпендикулярно узорам.
    7. Нанесите небольшое количество IPA на область разреза вокруг штампа.
      ПРИМЕЧАНИЕ: IPA должен просочиться в разрез и начать продвигаться под штампом.
    8. С помощью щипцов потяните штамп за МРЭ в направлении, параллельном лекалам.
  2. Более жесткий динамический диапазон подготовки MRE (см. таблицу для примера весов)
    1. Приготовьте 30:1 184 PDMS.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Приготовьте больше, потому что некоторые из них останутся прилипшими к емкости для смешивания.
    2. Добавьте желаемое количество 527 PDMS части А и части В, затем карбонильные частицы железа и 30:1 184 PDMS в соотношении по примеру в таблице.
    3. Перемешайте его при 2500 об/мин в скоростном миксере в течение 1 минуты.
    4. С помощью переводной пипетки с отрезанным кончиком добавьте 5 г MRE в новую чашку Петри диаметром 35 мм и дегазируйте в эксикаторе на ~5 минут, затем дайте частично застыть в духовке при температуре 60 °C в течение ~40 минут.
    5. По истечении 5 минут с помощью переводной пипетки добавьте дополнительное неотвержденное MRE, чтобы просто покрыть поверхность штампа PDMS. Поместите покрытый штамп в эксикатор для дегазации на 5 минут.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте осторожны и не используйте слишком много MRE, потому что, если он покроет края штампа, это затруднит удаление штампа после полного отверждения MRE. Кроме того, обязательно обозначайте направление рисунка на каждом шагу, чтобы при извлечении штампа из MRE его можно было потянуть в направлении, параллельном узорам.
    6. Выньте MRE из духовки.
    7. С помощью щипцов осторожно переместите покрытый штамп, переверните его лицевой стороной вниз на частично отвержденный MRE и слегка надавите.
    8. Поставьте MRE с нанесенным покрытием штампом на верхнюю решетку в духовку при температуре 60 °C на ночь.
    9. После полного отверждения с помощью скальпеля разрежьте MRE в нижней части штампа, перпендикулярно узорам.
    10. Нанесите IPA на область разреза вокруг штампа.
      ПРИМЕЧАНИЕ: IPA должен просочиться в разрез и начать продвигаться под штампом.
    11. С помощью щипцов потяните штамп за МРЭ в направлении, параллельном лекалам.
Диапазон жесткостиМатериалыПример веса
Мягче10–80 кПаЭко (А+В)11,25 г (А)11,25 г (В)
Силиконовый разбавитель22,5 г
Частицы железа45 г
Жестче60–120 кПа527 PDMS (А+В)18,75 г (А)18,75 г (В)
Частицы железа37,5 г
184 PDMS (основание+лечение)14,5 г (базовый)0,5 г (Лечебный)

Таблица 1: Примеры веса всех материалов для изготовления как более мягких, так и более жестких MRE. Гири в таблице указаны для производства в общей сложности 90 г материала MRE. Приготовление меньшего количества может быть достигнуто путем смешивания всех компонентов в тех же соотношениях, что и примеры весов в таблице.

4. Подготовка клеточной культуры

ПРИМЕЧАНИЕ: Подготовка клеточных культур включает в себя выбор подходящей клеточной линии, подготовку питательных сред с необходимыми питательными веществами и факторами роста, а также обеспечение стерильных условий для предотвращения контаминации. Клетки помещают в культуральные сосуды и инкубируют в оптимальных условиях (обычно 37 °C с контролируемымCO2). Регулярный мониторинг, изменения среды и пассирование выполняются для поддержания здорового роста клеток.

  1. Простерилизуйте поверхность MRE, промыв ее 70% этанолом 3 раза, и дайте третьей промывке постоять 20 минут.
  2. Промойте поверхность MRE 3 раза стерильным фосфатно-солевым буфером (PBS), добавив объем, достаточный для полного покрытия чашки, после чего отасуньте всю жидкость.
  3. Покройте поверхность MRE фибронектином (10 мкг/мл) в PBS в течение 1 ч при 37 °C для повышения адгезии клеток к устройству.
  4. Промойте поверхность MRE 3 раза PBS, аналогично шагу 4.1.2.
  5. Засейте кардиомиоциты неонатальной крысы с плотностью 20 000 клеток/см2.
  6. Временно добавляйте магниты к устройствам для придания жесткости матриксу во время культивирования клеток.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте осторожны при размещении устройств с магнитами в инкубаторе. Устройства должны быть расположены далеко друг от друга, чтобы гарантировать, что магниты не будут взаимодействовать. В этом исследовании рекомендуется использовать инкубаторы с футеровкой из нержавеющей стали вместо инкубаторов с медной футеровкой, поскольку взаимодействие с ними меньше.

5. Окрашивание и визуализация

  1. Визуализация фиксированных клеток
    ПРИМЕЧАНИЕ: Фиксированная визуализация клеток включает в себя несколько ключевых этапов для визуализации конкретных клеточных компонентов. Во-первых, клетки фиксируются для сохранения их структуры. Затем клеточную мембрану пронизывают для обеспечения проникновения красителя, за которым следует этап блокирования для предотвращения неспецифического связывания антител или красителей с непредусмотренными участками, такими как другие белки или клеточный мусор. Затем клетки окрашиваются красителями или антителами, нацеленными на определенные молекулы, а излишки окрашивания удаляются с помощью промывки. Наконец, окрашенные клетки визуализируются с помощью флуоресцентной микроскопии для анализа клеточных структур.
    1. Вымойте один раз 1x PBS, добавив объем, достаточный для полного покрытия посуды, а затем отасуньте всю жидкость.
    2. Зафиксируйте клетки с помощью 4% параформальдегида в течение 10 минут.
    3. Постирайте три раза с 1x PBS (аналогично шагу 5.1.1).
    4. Добавьте 0,1% Triton X (в 1x PBS) и инкубируйте в течение 5 минут для пермеабилизации.
    5. Постирайте три раза с 1x PBS (аналогично шагу 5.1.1).
    6. Добавьте NH4Cl (50 мМ в 1x PBS) и инкубируйте в течение 15 минут для гашения.
    7. Постирайте три раза с 1x PBS (аналогично шагу 5.1.1).
    8. Добавьте блокирующий буфер (5% BSA в 1x PBS) и инкубируйте в течение 1 часа при комнатной температуре (RT).
    9. Объедините первичное первичное антитело против α-актинина в концентрации 1:200 в 5% БСА (в 1x PBS).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Тщательно перемешайте антитела.
    10. Добавьте в образец первичный раствор антитела.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Добавьте достаточно, чтобы покрыть весь образец.
    11. Выдерживать в течение ночи при температуре 4 °C.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Рассмотрите возможность размещения образца на коромысле на медленной скорости, чтобы помочь растворам перемешаться.
    12. Постирайте три раза с 1x PBS (аналогично шагу 5.1.1).
    13. Разведите вторичное антитело (555 Alexa Fluor против коз против мышей) в 1x PBS (1:2000).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Вторичные антитела светочувствительны (флуорофоры). Когда они не используются напрямую, убедитесь, что они закрыты и защищены от света.
    14. Добавьте в образец вторичный раствор антитела.
    15. Инкубировать при RT в течение 2 ч.
    16. Постирайте три раза с 1x PBS (аналогично шагу 5.1.1).
    17. Добавьте DAPI (1 г/мл в стерилизованной деионизированной воде) и инкубируйте 5-10 минут в темноте.
    18. Визуализируйте клетки с помощью вертикального микроскопа с 20-кратным погружением в линзу.
    19. Сделайте 50 изображений на устройство.
    20. Обработайте изображения с помощью плагина ImageJ под названием Directionality.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Параметры направленности: В этом исследовании использовалось n = 45 контейнеров в диапазоне от 0° до 176° для предотвращения эффекта обертывания. В качестве метода использовалась локальная градиентная ориентация, и была выбрана таблица отображения. Выходное направление соответствует среднему векторному углу (указывающему на угол выравнивания), в то время как выходное значение goodness представляет собой среднюю длину вектора (указывающее на степень выравнивания).
  2. Визуализация живых клеток
    ПРИМЕЧАНИЕ: Визуализация живых клеток позволяет отслеживать динамические клеточные процессы в режиме реального времени, сохраняя при этом клетки в их естественном, живом состоянии. Этот метод включает в себя использование флуоресцентного микроскопа, оснащенного инкубационной камерой, для получения изображений или видео с высоким разрешением клеток по мере их роста, деления или реакции на стимулы. Это позволяет изучать клеточное поведение и взаимодействия с течением времени, а также дает ценную информацию о клеточных функциях и динамике.
    1. Инкубировать клетки с SiR-актином в соотношении 1:1000 с питательными средами в течение 1 ч при 37 °C.
    2. Аспирируйте среду и замените ее на 1:2000 (SiR-актин: Media).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Это разведение предназначено для снижения токсичности клеток для расширенной визуализации в реальном времени.
    3. Собирайте иммунофлуоресцентные изображения каждые 15 минут в течение 5 часов на вертикальном микроскопе с инкубационной камерой, автоматизированным столиком и 20-кратным погружением в линзу.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для эксперимента по визуализации живых клеток магнит был добавлен сразу после того, как MRE был помещен в систему визуализации в реальном времени.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Сверхмягкие магнитореологические эластомеры (МРЭ) на основе силикона имеют модули упругости, которые можно точно настроить с помощью магнитного поля. Это позволяет проводить быстрые двунаправленные корректировки в физиологическом диапазоне с точным контролем как скорости, так и величины изменений (Рисунок 1). Механика геля была оценена путем измерения модуля упругости, как описано ранее, и средний модуль упругости составил 36,3 ± 5,2 кПа с магнитом и 9,3 ± 1...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Этот метод был тщательно протестирован, но для успешного эксперимента необходимо уделять пристальное внимание нескольким шагам.

В этом протоколе мы используем коммерческую дифракционную решетку в качестве основной формы для нанесения рисунка. Тем не менее, альтернативные шаблонные формы, такие как силиконовые или микроизготовленные формы SU8, также могут быть использованы для создания широкого спектра шаблонов различных размеров33,35

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

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

Это исследование было частично поддержано Делавэрским центром исследований опорно-двигательного аппарата COBRE (P20 GM139760) с грантами Национального института общих медицинских наук от Национальных институтов здравоохранения и штата Делавэр. Мы хотели бы выразить нашу искреннюю благодарность Сагару Доши из Центра композитных материалов (CCM) и Ашике Сингху из лаборатории Дхонг в Университете штата Делавэр за их неоценимую поддержку, позволившую нам использовать их лазерные конфокальные микроскопы, и за предоставление экспертных знаний, необходимых для определения характеристик поверхности наших материалов. Их вклад значительно повысил качество нашей работы.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
555 Alexa Fluor козла против мышиных вторичных антител  ThermoFisher ScientificA-21422https://www.thermofisher.com/antibody/product/Goat-anti-Mouse-IgG-H-L-Cross-Adsorbed-Secondary-Antibody-Polyclonal/A-21422
Объектив с погружением 20xZeiss421452-9800-000https://www.micro-shop.zeiss.com/zh/us/shop/objectives/421452-9800-000/Objective-W-Plan-Apochromat-20x-1.0-DIC-M27-75mm
35-мм тарелкиThermoFisher Scientific130180https://www.thermofisher.com/search/results?query=130180&focusarea=Search%20All
Первичное антитело к актинину к альфа-альфа-актининуAbcamEP2528Yhttps://www.abcam.com/en-us/products/primary-antibodies/alpha-actinin-actn1-antibody-ep2528y-ab81265?srsltid=AfmBOoq4HwHixqCheQwwq
VVbjJ3ogKUmZxa4GtG
3SyllFzWvb5XPnwgB
Микросферы порошка карбонилового железаchemicalstore.comCIPMShttps://ironpowders.com/types-of-iron-powder/cipms-carbonyl-iron-powder/
Окраска DAPIThermoFisher ScientificD1306https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/D1306
ДесикаторFisher Scientific08-642-7https://www.fishersci.com/shop/products/nalgene-transparent-polycarbonate-classic-design-desiccator/086427#?keyword=
Дифракционная решёткаЛаборатория ТораGR2550-45031https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=GR2550-45031
Ecoflex Gel часть A и BSmooth OnEcoflex  GELhttps://www.smooth-on.com/products/ecoflex-gel/
Расширенный настольный очиститель плазмыСигма ОлдричZ561657-1EAhttps://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/z561657
Фибронектин из бычьей плазмыСигма ОлдричF1141https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sigma/f1141
Flacktek DAC150 SpeedMixer FlacktekDAC150https://flacktek.com/products/small-flacktek/
ImageJ SoftwareNIHhttps://imagej.net/ij/download.html
Изопропиловый спиртAmazonhttps://www.amazon.com/Isopropyl-Alcohol-Grade-Anhydrous-gallon/dp/B01M6YK5I4/ref=sr_1_1_sspa?dib=eyJ2IjoiMSJ9.xiBzaAiE5lSJqXz
ZhS_JhDh8zEHgkMzrbsyosvyBpS
Jjufk90Gt79vk1jOZxq_mG3GKeN8
KT1ulag3ZuMShbWoEOCQUy6txx
uGz4709PyUY5YWyeR2GS0PBNx
dbmEdWvgmCYiDBLf8E2prhImZW
l98MoWlVDU4lg1BtcHTTSOwdg87
5l6Ia3YLPs_0alILBXFsizwwnJodR
8D60ZggK5AHBfCfPadXgfJ-9hUE7
uIto. 8D60ZggK5AHBfCfPadXgfJ-9hUE7br/ uIto. uIto. V3Vf62Lnprtq2u5PRO
SbUFHnPOj1FvD7np7uBge6U&
dib_tag=se& hvadid=598724400239
& hvdev=c& hvlocphy=9007460& hvn
etw=g& hvqmt=e& hvrand=1609157
209668794739& hvtargid=KWD-3203
62094308& hydadcr=5273_13
227703& Ключевые слова=изопропил+спирт+
Amazon & MCid=9F9D3252906531
3EA89ab7766D9C244C& qid=1740
675756& sr=8-1-spons& sp_csd=d2l
kZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY& psc=1
МагнитCMS MagneticsND05578-45Nhttps://www.magnet4sale.com/n45-neodymium-disc-magnet-1-1-2x1-4-35-lb-pull-strong-magnet/
Вертикальный микроскоп Nikon Eclipse 80iNikonEclipse 80i
ДуховкаFisher Scientific15-103-0503https://www.fishersci.com/shop/products/fisher-scientific-isotemp-general-purpose-heating-drying-ovens/p-4935382
Силиконовый растворительSmooth OnСиликоновый растворительhttps://www.smooth-on.com/products/silicone-thinner/
SiR Actin StainЦитоскелетCY-SC001https://www.cytoskeleton.com/sir-actin
Sylgard 184 PDMS (Основание + Отверждающее вещество)Эллсворт Клеи2065622https://www.ellsworth.com/products/by-market/consumer-products/encapsulants/silicone/dow-sylgard-184-silicone-encapsulant-clear-3.9-kg-kit/
Sylgard 527 PDMS часть A и BЭллсворт Клеи1696742https://www.ellsworth.com/products/by-market/consumer-products/encapsulants/silicone/dow-sylgard-527-silicone-dielectric-gel-clear-0.9-kg-kit/
Трансферные пипеткиFisher Scientific13-711-5AMMDhttps://www.fishersci.com/shop/products/transfer-pipette-32/137115AMMD?searchHijack=true&searchTerm=13
-711-5AMMD& searchType=
RAPID& matchedCatNo=13
-711-5AMMD
Трихлор — (1H, 1H, 2H, 2H-перфтороктил) силан  Сигма Олдрич448931https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/448931

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Jacot, J. G., McCulloch, A. D., Omens, J. H. Substrate stiffness affects the functional maturation of neonatal rat ventricular myocytes. Biophys J. 95 (7), 3479-3487 (2008).
  2. Körner, A., Mosqueira, M., Hecker, M., Ullrich, N. D. Substrate stiffness influences structural and functional remodeling in induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. Front Physiol. 12, 710619(2021).
  3. Dou, W., et al. A microdevice platform for characterizing the effect of mechanical strain magnitudes on the maturation of iPSCcardiomyocytes. Biosens Bioelectron. 175, 112875(2021).
  4. Abadi, P. P. S. S., et al. Engineering of mature human induced pluripotent stem cellderived cardiomyocytes using substrates with multiscale topography. Adv Funct Mater. 28 (19), 1707378(2018).
  5. Ahn, H., et al. Hierarchical topography with tunable micro and nanoarchitectonics for highly enhanced cardiomyocyte maturation via multiscale mechanotransduction. Adv Healthc Mater. 12 (12), 2202371(2023).
  6. Chan, Y. C., et al. Electrical stimulation promotes maturation of cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells. J Cardiovasc Transl Res. 6 (6), 989-999 (2013).
  7. Hirt, M. N., et al. Functional improvement and maturation of rat and human engineered heart tissue by chronic electrical stimulation. J Mol Cell Cardiol. 74, 151-161 (2014).
  8. Levental, I., Georges, P. C., Janmey, P. A. Soft biological materials and their impact on cell function. Soft Matter. 3 (3), 299-306 (2007).
  9. Swift, J., et al. Nuclear laminA scales with tissue stiffness and enhances matrixdirected differentiation. Science. 341 (6149), 1240104(2013).
  10. Isermann, P., Lammerding, J. Nuclear mechanics and mechanotransduction in health and disease. Curr Biol. 23 (24), R1113-R1121 (2013).
  11. Wozniak, M. A., Chen, C. S. Mechanotransduction in development: a growing role for contractility. Nat Rev Mol Cell Biol. 10 (1), 34-43 (2009).
  12. Yang, X., Pabon, L., Murry, C. E. Engineering adolescence. Circ Res. 114 (3), 511-523 (2014).
  13. Hazeltine, L. B., et al. Effects of substrate mechanics on contractility of cardiomyocytes generated from human pluripotent stem cells. Int J Cell Biol. 2012, 508294(2012).
  14. Discher, D. E., Janmey, P., Wang, Y. Tissue cells feel and respond to the stiffness of their substrate. Science. 310 (5751), 1139-1143 (2005).
  15. Deng, B., Zhao, Z., Kong, W., Han, C., Shen, X., Zhou, C. Biological role of matrix stiffness in tumor growth and treatment. J Transl Med. 20 (1), 540(2022).
  16. Jaalouk, D. E., Lammerding, J. Mechanotransduction gone awry. Nat Rev Mol Cell Biol. 10 (1), 63-73 (2009).
  17. Vite, A., et al. Extracellular stiffness induces contractile dysfunction in adult cardiomyocytes via cellautonomous and microtubuledependent mechanisms. Basic Res Cardiol. 117 (1), 41(2023).
  18. Stowers, R. S., et al. Matrix stiffness induces a tumorigenic phenotype in mammary epithelium through changes in chromatin accessibility. Nat Biomed Eng. 3 (12), 1009-1019 (2019).
  19. Engler, A. J., et al. Embryonic cardiomyocytes beat best on a matrix with heartlike elasticity: scarlike rigidity inhibits beating. J Cell Sci. 121 (22), 3794-3802 (2008).
  20. Rodriguez, A. G., Han, S. J., Regnier, M., Sniadecki, N. J. Substrate stiffness increases twitch power of neonatal cardiomyocytes in correlation with changes in myofibril structure and intracellular calcium. Biophys J. 101 (10), 2455-2464 (2011).
  21. Boothe, S. D., et al. The effect of substrate stiffness on cardiomyocyte action potentials. Cell Biochem Biophys. 74 (4), 527-535 (2016).
  22. Curtis, A., Wilkinson, C. Topographical control of cells. Biomaterials. 18 (24), 1573-1583 (1997).
  23. Martínez, E., Engel, E., Planell, J. A., Samitier, J. Effects of artificial micro and nanostructured surfaces on cell behaviour. Ann Anat. 191 (1), 126-135 (2009).
  24. Ravichandran, R., Liao, S., Ng, C. C., Chan, C. K., Raghunath, M., Ramakrishna, S. Effects of nanotopography on stem cell phenotypes. World J Stem Cells. 1 (1), 55(2009).
  25. Brunetti, V., et al. Neurons sense nanoscale roughness with nanometer sensitivity. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (14), 6264-6269 (2010).
  26. Clark, P., Connolly, P., Curtis, A. S. G., Dow, J. A., Wilkinson, C. D. Topographical control of cell behaviour: I. Simple step cues. Development. 99 (3), 439-448 (1987).
  27. Nguyen, A. T., Sathe, S. R., Yim, E. K. F. From nano to micro: topographical scale and its impact on cell adhesion, morphology and contact guidance. J Phys Condens Matter. 28 (18), 183001(2016).
  28. DowellMesfin, N. M., et al. Topographically modified surfaces affect orientation and growth of hippocampal neurons. J Neural Eng. 1 (2), 78-90 (2004).
  29. Loesberg, W. A., et al. The threshold at which substrate nanogroove dimensions may influence fibroblast alignment and adhesion. Biomaterials. 28 (27), 3944-3951 (2007).
  30. Corbin, E. A., et al. Tunable and reversible substrate stiffness reveals a dynamic mechanosensitivity of cardiomyocytes. ACS Appl Mater Interfaces. 11 (23), 20603-20614 (2019).
  31. Bouhrira, N., Vite, A., Margulies, K. B. Distinct cytoskeletal regulators of mechanical memory in cardiac fibroblasts and cardiomyocytes. Basic Res Cardiol. 119 (2), 277-289 (2024).
  32. Lee, B. W., et al. Adult human cardiomyocyte mechanics in osteogenesis imperfecta. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 325 (4), H814-H821 (2023).
  33. Cao, Z., Ball, J. K., Lateef, A. H., Virgile, C. P., Corbin, E. A. Biomimetic substrate to probe dynamic interplay of topography and stiffness on cardiac fibroblast activation. ACS Omega. 8 (6), 5406-5414 (2023).
  34. Clark, A. T., et al. Magnetic field tuning of mechanical properties of ultrasoft PDMSbased magnetorheological elastomers for biological applications. Multifunct Mater. 4 (3), 035001(2021).
  35. Kim, Y., Kwon, C., Jeon, H. Genetically engineered phage induced selective H9c2 cardiomyocytes patterning in PDMS microgrooves. Materials. 10 (8), 973(2017).
  36. Fujiwara, Y., Deguchi, K., Miki, K., Nishimoto, T., Yoshida, Y. A method for contraction force measurement of hiPSCderived engineered cardiac tissues. Methods Mol Biol. 2320, 171-180 (2021).
  37. Dirar, Q., et al. Activation and degranulation of CART cells using engineered antigenpresenting cell surfaces. PLoS One. 15 (9), e0238819(2020).
  38. Kim, C., Kim, H., Park, H., Lee, K. Y. Controlling the porous structure of alginate ferrogel for anticancer drug delivery under magnetic stimulation. Carbohydr Polym. 223, 115045(2019).
  39. Fan, D., et al. Recent advances of magnetic nanomaterials in bone tissue repair. Front Chem. 8, 745(2020).
  40. GonzalezRico, J., et al. Tuning the cell and biological tissue environment through magnetoactive materials. Appl Sci. 11 (18), 8746(2021).
  41. AntmanPassig, M., Shefi, O. Remote magnetic orientation of 3D collagen hydrogels for directed neuronal regeneration. Nano Lett. 16 (4), 2567-2573 (2016).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи