Abstract
Сердечно-сосудистые заболевания остаются основной причиной смертности во всем мире 1. Сердечная тканевой инженерии является многообещающим для доставки новаторских медицинских открытий с целями развития функциональных тканей для регенерации сердца, а также в пробирке скрининга. Тем не менее, возможность создания весьма четких моделей ткани сердца оказалось трудно. Внеклеточный матрикс сердца (ECM) представляет собой сложную структуру, состоящую из двух биохимических и биомеханических сигналов, начиная от микро-к нанометровом масштабе 2. Часовой условия механической нагрузки и клеточной ECM взаимодействия недавно был признан жизненно важных компонентов в тканевой инженерии 3-5 сердечной.
Большая часть сердечной ECM состоит из выровненных волокон коллагена с нано-диаметров, что значительно влияет архитектуру ткани и электромеханической связи 2. К сожалению, несколько методов ВГАэ смогли имитировать организацию ECM волокон до нанометровом масштабе. Последние достижения в области методов нанофабрикации, однако, позволили проектирование и изготовление масштабируемых лесов, которые имитируют в естественных условиях структурных и подложки жесткости репликами ЕСМ в центре 6-9.
Здесь мы представляем развитие двух воспроизводимым, экономически эффективной, и масштабируемые процессы Nanopatterning для функционального выравнивания сердечных клеток с использованием биосовместимого полимера поли (лактид-гликолида) (PLGA) 8 и полиуретана (PU) на основе полимера. Эти анизотропно nanofabricated субстраты (ANFS) имитировать основной ECM хорошо организованных, выстроенных тканей и может быть использован для исследования роли nanotopography на морфологию и функцию 10-14 клеток.
Использование наноструктурированных (НП) мастер кремния в качестве шаблона, полиуретан-акриловой кислоты (PUA) форма сфабрикованы. Это PUA плесень затем используется для годовыхttern гидрогель PU или PLGA через УФ-помощь или растворителя-опосредованной капиллярной силы литографии (CFL), соответственно 15,16. Вкратце, PU или PLGA форполимер является падение обойтись на покровным стеклом и форма PUA помещают сверху. Для УФ-помощь CFL, ПУ затем подвергают воздействию УФ-излучения (λ = 250-400 нм) для лечения. Для растворителя-опосредованной CFL, PLGA тиснением с использованием тепла (120 ° C) и давлении (100 кПа). После отверждения, форма PUA отслаивается, оставляя позади ANFS для культивирования клеток. Первичные клетки, такие как новорожденных крыс желудочковых миоцитов, а также плюрипотентных клеток кардиомиоцитов, полученных стволовых человека, может поддерживаться на ANFS 2.
Introduction
Сердечно-сосудистые заболевания являются ведущей причиной заболеваемости и смертности в мире и представить весомый социально-экономическое бремя на уже напряженным глобальной системы здравоохранения 1,17. Сердечная тканевая инженерия имеет два различных целей: (1) регенерировать поврежденную миокарда после ишемической болезни или кардиомиопатии или (2) для создания высокой точностью модель сердца для экстракорпорального скрининга лекарственных средств или моделирования заболевания.
Сердце представляет собой сложный орган, который должен работать постоянно поставлять кровь к телу. Плотно упакованные ламинарные структуры кардиомиоцитов и поддерживающих тканей расположены в спиральных узоров всей сердечной стенки 18,19. Сердце также электромеханическим в сочетании 20 в высоко скоординированным образом, чтобы эффективно при извлечении крови в организме 21. Несколько крупных препятствия остаются нерешенными, однако, прежде чем сложный дизайн природы можно надежно воспроизводятся в пробирке.Во-первых, хотя надежные методы кардиомиоцитов дифференциации продолжают разрабатываться 22, HPSC-КМ-прежнему демонстрируют довольно незрелых фенотипы. Их электромеханические свойства и морфология наиболее близко соответствуют уровни плода 23. Во-вторых, когда, содержащихся в традиционных условиях культивирования, как стволовых клеток, полученных и первичные кардиомиоциты не в состоянии собрать в родные, ткани-подобных структур. Напротив, клетки становятся ориентированы случайным образом и не проявляют полосчатой форме стержня внешний вид взрослого миокарда 24.
Внеклеточного матрикса (ECM) среда, с которой взаимодействуют клетки играет важную роль во многих клеточных процессах 11,13,25. ЕСМ состоит из сложных, четко определенных молекулярных и топографических сигналы, которые значительно влияют на структуру и функцию клеток 6,26. В самом центре, сотовой выравнивание внимательно следит за основной нанометровом масштабе ECM волокна 2. Воздействие этих nanotopographческих сигналы на клетки и функции ткани, однако, далеко не полностью изучены. Предварительные исследования клеток-биоматериал взаимодействия нанометрового масштаба, указывают на потенциальную важность и влияние субмикронных топографических киев для ячейки сигнализации 27, адгезии 28-30, рост 31 и дифференциации 32,33. Тем не менее, в связи с трудностью в разработке воспроизводимые и масштабируемые nanofabricated субстраты, такие исследования не могли воспроизвести несколько масштабных клеточные эффекты в комплекса в естественных условиях окружающей среды ECM. В этом протоколе, простой и экономически эффективный метод нанофабрикации производить клеточных культур строительные леса, имитирующие родной выравнивание сердечной ECM волокна описывается, что позволяет для широкого круга новых исследований кардиомиоцитов биоматериал взаимодействий. Понимание того, как кардиомиоциты взаимодействовать с наноразмерными ECM среды может позволить для способности контролировать клеточный поведение более точно имитировать родной ткани функцийТион. Кроме того, клеточные монослои являются упрощенная экспериментальная система по сравнению с 3D структур, но все еще демонстрируют сложную многоклеточных поведение для проницательных исследований и функциональной скрининга 2,34-36. Наконец, такие каркасы могут быть использованы для улучшения клеточной функции трансплантата при имплантации в сердце для восстановительных целей 37.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все процедуры проводили при комнатной температуре (~ 23 ° C), если не указано иное.
1. Изготовление Силиконовой Master
- Чистый кремниевой пластины со 100% этанола или ксилол и сушат в O 2 / N 2 газа.
- Наведите кремниевую пластину в спин-машины для нанесения покрытий на скоростях вращения 2000-4000 оборотов в минуту для получения пленки толщиной 0,3-0,5 мкм.
- Шаблон фоторезиста фильм с правильными размерами с помощью системы фотолитографии
- Полностью погрузить узорчатые фоторезиста покрытием кремниевых пластин в соответствующем объеме фоторезиста развития решения.
- Промыть разработанные фоторезиста покрытием кремниевых пластин с деионизированной водой.
- Для формирования массивов субмикронных масштабах хребтов с рядом вертикальных боковых стенок, глубокой реактивного ионного травления подвергается кремния с использованием системы травления.
- Удалите остатки фоторезиста, поместив кремниевой пластины в системе Ашер плазмы.
- Разрежьте кремний жAfers с алмазным наконечником резака в соответствующего размера кремниевых мастеров для последующего реплики формования.
2. Изготовление PUA Mold из Силиконовой Master
Примечание: объем должен быть добавлен к мастер кремния для наноматериалов будет варьироваться в зависимости от региона мастера наноструктурированных быть воспроизведены а также от вязкости раствора полиуретана акрилата (PUA).
- Чистый кремний мастер поверхность с 100%-ном этаноле или ксилол и сушат в O 2 / N 2 газа.
- Поместите сторону кремния мастер шаблон в чашке Петри.
- Для мастера кремния с 2 см х 2 см рисунок поверхности, пипетки 40 мкл PUA к поверхности картины.
- Поместите лист 4 см х 4 см прозрачный полиэфир (PET) пленки на распределяемого PUA.
- Нажмите на ПЭТ листа и распространять PUA под листа через шаблон лица с помощью валика или квартиру краями поверхность (например, карты), так что весьрисунок покрывается форполимере PUA.
- Наведите мастер кремния, форполимера, и ПЭТ примерно на 10 см ниже 20 Вт (115 В) УФ-излучения (λ = 365 нм) в течение 50 сек. Чтобы быть эффективным, длина волны УФ-излучения может быть где-то между 310-400 нм. Интенсивность света составляет 10-15 мВт / см 2 на поверхности подложки.
- После отверждения, удалить пленки РЕТ медленно щипцами. PUA должен приложить к ПЭТ-пленки с отрицательным кремниевой мастерской nanopattern.
- Лечение PUA / ПЭТ nanopatterns в УФ, по крайней мере 12 часов перед использованием. Передержка не является проблемой.
- Для очистки кремния мастеров, поместите еще один фильм ПЭТ сверху мастера без добавления PUA и подвергать УФ-излучения (λ = 365 нм) в течение 50 сек и удалить ПЭТ-пленки. Это удалит любые непрореагировавшие мономеры.
- Промыть мастер кремния со 100% этанола или ксилол и сушат в O 2 / N 2 газа.
3а. Nanopatterning полиуретанового полимера
3b. Nanopatterning поли (лактид-со-гликолида) Гидрогель
- Создание неструктурированного PDMS формы энергично смешивания силикона базу эластомера и силиконового эластомера отвердитель в соотношении 10:01.
- Налейте смешанные PDMS предшественник решение в чашку Петри таким образом, что предшественник PDMS достигает 5 мм до края тарелки (т.е. так, что PDMS имеет толщину 5 мм).
- Поместите чашку Петри и PDMS предшественника в эксикаторе в течение 1 часа до дегазации.
- Перемещение чашку Петри и PDMS предшественника в духовке 65 ° C в течение не менее 2 часов, чтобы вылечить.
- После PDMS лечится, используйте бритву, чтобы сократить плоские PDMS на 3 см х 3 см квадратных секций. Это будут плоские PDMS формы, используемые позднее в процессе структуризации.
- Чистый диаметр 25 мм круговой стеклянные слайды по плочка одним ударом в изопропиловом спирте в течение 30 мин на водяной обработки ультразвуком.
- Химчистку стеклянные пластинки под O 2 / N 2 газа.
- Падение 100 мкл раствора PLGA (15% вес / объем PLGA в хлороформе) на предметное стекло.
- Поместите плоскую форму PDMS поверх обойтись PLGA абсорбировать растворитель и получить плоскую поверхность PLGA. Слегка давление (~ 10 кПа), поместив 200 г веса на вершине PDMS течение 5 мин.
- Медленно удаляйте плоский PDMS формы и поместите покровного стекла на разогретую тарелку (120 ° C) в течение 5 мин для удаления остатков растворителя и увеличить адгезию между PLGA и покровного стекла.
- Поместите форму NP PUA сверху плоской PLGA и применить постоянное давление (~ 100 кПа) и высокую температуру (120 ° C), поместив вес на 1 кг на верхней части формы PUA в то время как на нагревательной пластине в течение 15 мин.
- Извлеките вес от PLGA крышки слайда и позволить субстраты остыть до комнатной температуры. Не снимайте PUA плесень пока субстраты не былоохлаждается.
- После того, как субстраты имеют достаточно охлажден, тщательно очистить от плесени НП PUA, раскрывая субстрат НП PLGA. Н.П. ПМГК субстрат должен иметь радужный вид.
- Поместите готовые образцы в эксикаторе для хранения до тех пор, как месяц.
4. Посев сотовый и культура
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол описывает культуру новорожденных крыс желудочковой миоцитов (NRVMs) и H7 клеток, полученных кардиомиоцитов человеческих эмбриональных стволовых (чЭСК-CMS), но и других источников клеток могут быть использованы.
- Прикрепите покровные ANFS (PU или PLGA) в 35 мм культуры ткани полистирола блюдо. Внесите 20 мкл Норланд оптического клея (NOA83H) на дно тарелки и осторожно положите покровное ANFS в верхней части НОА. Разрешить клей, чтобы распространиться и охватить всю нижнюю покровное. Лечение NOA, подвергая блюдо УФ в течение 10 мин.
- Стерилизация ANFS промывкой 2 мл 70% водного раствора этанола в течение 5 мин, дважды. Удалить еthanol стремлением. Разрешить ANFS полностью высохнуть на воздухе в течение ~ 1 часа под лампой УФ стерилизации (λ = 200-290 нм) в биологической безопасности кабинета.
- Клеточной адгезии усиливается покрытия ANFS в фибронектина в одночасье. Развести фибронектин в дистиллированной водой до 5 мкг / мл. Внесите 2 мл фибронектина решения в блюдо. Место в инкубаторе при температуре 37 ° С и 5% СО 2 в течение ночи (по крайней мере 6 ч).
- Получить NRVMs, чЭСК-CMS, или другие сердечные клетки, представляющие интерес в соответствии с предыдущими протоколами 22.
- Образец клеток Центрифуга при 1000 оборотов в минуту в течение 3 минут для осаждения клеток.
- Осторожно удалите супернатант аспирацией. Убедитесь в том, чтобы не потревожить осадок.
- Ресуспендируют клеток в соответствующей культуральной среде до концентрации 4,6 × 10 6 клеток / мл.
- Тщательно пипетки 200 мкл клеточной суспензии на стерилизованных ANFS. Убедитесь в том, суспензию клеток остается на покровное.
- Поместите клетки в инкубаторе при 37 ° С и 5%CO 2 в течение 4 часов, чтобы позволить клеткам прикрепляться к ANFS.
- Добавить 2 мл теплой культуральной среде блюдо и заменить клетки в инкубаторе при тех же условиях.
- После 24 часов, не извлекайте носитель и мыть с 2 мл DPBS дважды, чтобы удалить избыток клеток.
- Добавить 2 мл теплой культуральной среде блюдо и заменить клетки в инкубаторе при тех же условиях. Культуры клеток до слияния. Замените СМИ через день.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Рисунок 1 схематически обзор производственного процесса для двух методов изготовления. Из-за дифракции света, вызванного наноразмерных топографии, Nanopatterning должно привести к радужной поверхности до ANFS. Рисунок 2 изображает эту радужную поверхность на хорошо узорной 25 мм NP-PU покровного (рис. 2а) с длиной волны 800 нм выступом и пазом ширина (фиг. 2В). Радужный появление ANFS будет незначительно отличаться в зависимости от ширины выступом и пазом.
После посева клеток на ANFS, камеры должны начать, чтобы выровнять в направлении, параллельном с выступами подложки. Выравнивание должны стать очевидными в течение первого 24 ч после посева и должны остаться для полноты периода культивирования. На рисунке 3 показаны репрезентативные светлом поле изображения NRVMs после 7 дней культуры и чЭСК-CMS после 48 ч культуры. NRVMsй чЭСК-КМ на поверхностях НП показать очевидную структурную анизотропию и выравнивание (рис. 3В и 3D), тогда как кардиомиоциты на без узоров поверхностей ориентированы случайным образом (рис. 3А и 3С). Иммуногистохимический анализ подчеркивает влияние nanotopography по выравниванию клеток цитоскелета. Актиновые микрофиламенты (F-актин) и α-саркомера актинина в клетках, культивируемых на ANFS выстраиваются вдоль нано-хребтов, но остаются случайным образом распределены в клетках на без узоров субстратов (рис. 4). Сердечные клетки обладают спонтанной избиение после 24-48 часов культуры.
Рисунок 1. Nanofabrication схематично - схема двух нанофабрикации прокные процессы. (В - D) Изобразите УФ-помощь капиллярная сила литографии (CFL), в то время как (E - H) изображают растворителя опосредованного CFL. (A) PUA отрицательный изготовлен из ведущего кремния. (B) PU форполимер является раскрывающихся обойтись на предметное стекло и формой PUA помещают сверху. (С) PUA плесени и ПУ покровное затем воздействию УФ-света, чтобы вылечить ПУ. (Е) ПМГК раствор полимера является падение-обойтись на предметное стекло и плоский PDMS формы используется для создания ровной поверхности PLGA. (F) PUA форму помещают сверху на плоской PLGA и (G) постоянная температура и давление применяются для горячего тиснения НП в PLGA. (D, H) После пилинг от плесени PUA, NP-ПУ или ПМГК субстрат остался позади. Сердечные клетки могут быть затем высевали на этой поверхности НП создать выровнены массивов ячеек.
Рисунок 2. NP-ПУ субстрат. () Фотография большой площади НП поверхности. Радужный появление покровное вызвано nanotopography. (B) SEM изображение поперечного сечения основного nanotopography.
Рисунок 3. Унифицированные кардиомиоциты. 10X яркие полевые образы NRVMs после 7 дней культуры (А, В) и чЭСК-КМ после 2 дней культуры (C, D). NRVMs культивировали на NP-ПУ субстратов (B) демонстрируют очевидную структурную выравнивание пока NRVMs на плоских подложек ПУ (а) случайным образом выровнены. Стрелки на стадии (б) и (г) указывает направление анизотропии НП. Шкала бар = 100 мкм.
.. Конфокальной микроскопии Рисунок 4 Иммунофлуоресцентное выравнивание цитоскелета клеток и страты; α-саркомера актинина (красный), клеточные ядра (синий), и F-актин (зеленый). Клетки культивировали на НП субстратов присоединились α-саркомера актинин и F-актин волокна в то время как клетки, культивируемые на плоских субстратах беспорядочно ориентированными волокнами. Вставка на красном α-саркомера актинина канала ясно показывают, поперечно-полосатой саркомеры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Функционально зрелые сердечные ткани не хватает для как в естественных условиях и в приложениях пробирке тканевой инженерии сердечной. Методы Nanofabrication CFL, описанные здесь, надежные методы для достижения сотовой выравнивание и влиять функцию макроскопического тканей из-за масштабируемости системы. Большие площади могут быть легко рисунком и используются для культивирования клеток. Макроскопическая сотовой выравнивание имеет важное значение в тканевой инженерии сердечной того, чтобы создать биомиметических, функциональной ткани, как это влияет как механические, так и электрические свойства миокарда 38.
Все описанные ниже методы могут быть применены к широкому кругу приложений в тканевой инженерии сердечной. Ранее было показано, что наноразмерные сигналы помогают создать сердечной стволовых клеток нишу и способствовать регенерации 14. Таким образом, используя биоразлагаемые полимеры, такие как PLGA, наноструктурированных "заплаты" может быть сделано, чтобы способствоватьисцеление после остановки оскорбление. Кроме того, с помощью гидрогели с аналогичными модулей упругости, как родного сердца, кардиомиоцитов ECM взаимодействия могут быть изучены в упрощенной системе, воспроизводимым.
Различные другие методы, такие как микроконтактной печати, электропрядения и микротопографии, которые ранее были использованы для управлять структурой инженерии сердечной ткани на микромасштабной 39-41. Хотя эти методы оказались успешными в получении сотовой выравнивание, вполне вероятно, что структура и функция в естественных условиях сердечной ткани регулируется гораздо меньших, nanotopographical репликами ЕСМ и таким образом наш НП Основание должно оказаться выгодным. Кроме того, эти микромасштабной методы паттерна присущи недостатки по сравнению с нашими анизотропно nanofabricated субстратов. Например, наш метод Nanopatterning является более экономически эффективным и контролируемым, чем электропрядения. Микроконтакта печать, с другой стороны, отнх годов на клетках, придерживающихся определенных полос, чтобы получить структурную анизотропию. Для того чтобы создать функциональную монослой, клетки должны затем либо пролиферировать или мигрировать из этих полос, чтобы сформировать плотные соединения. Это гораздо более трудным для клеток с немного ни к какому пролиферативной способностью, таких как неонатальных кардиомиоцитов. Микротопографии также ограничено невозможностью создания тесно связанных монослоев клеток. В связи с масштабом клеток по сравнению с микротопографии, клетки находятся на вершине или внутри microridges. Это ограничивает количество взаимодействия клетка-клетка и уменьшает клетка-клетка муфты. С нашим методом, клетки становятся выровнены через биоинспирированных нано-топографии и могут свободно взаимодействовать с соседними клетками, как размеры особенность, по крайней мере на порядок меньше, чем самих клеток. Это позволяет более биомиметических, тесно связанные клетки монослоя должны быть созданы.
Для достижения оптимальных результатов с НП-PU мы настоятельно рекомендуем после гдевушка покровное шаги предварительной обработки. Эти шаги увеличения адгезии полимера к поверхности стекла. Это не только помощь в чистом удаления мастера PUA во время изготовления, а также предотвратить образцу полимера из отсоединения от стекла в ходе экспериментов. Для проверки эффективности мер, предварительной обработки, поместите одну NP-PU субстрат в воде и наблюдать, если полимер остается придерживаться к стеклу.
PLGA является сополимер гликолевой кислоты и молочной кислоты, который был разработан как для устройства и доставки лекарств в естественных условиях. Таким образом, этот субстрат обеспечивает хорошую биологически совместимый ECM для клеток. Жесткость PLGA может модулироваться или настройка соотношение количества гликолевой кислоты к молочной кислоте или путем изменения сжатие PLGA в хлороформе.
Различные параметры могут быть легко варьировать и регулировать в этой системе для оптимизации или исследовательских целей. Различные полимеры на основе PU-доступны с широким диапазономмеханические свойства. Таким образом, используя различные PU преполимеров, различные жесткости подложки могут быть изготовлены по тому же протоколу. Пользователь также может изменить субстрата рельеф. Nanotopography подложки зависит от конструкции мастера кремния. Таким образом, множество выступом и пазом ширины, а также различных геометрий, могут быть с рисунком, изменяя основную конструкцию кремния для соответствия техническим условиям.
Размер наночастиц гребней также будет влиять на клетку и поведение ткани. Меньшие ширины пазов позволяют за меньшие проникновения клеток в пазы и ограничить взаимодействие клетки с инженерной nanotopography 2. Это в свою очередь приведет к изменению степени анизотропной поведения сердечная клеточный монослой. Кроме того, представлены протокол ограничен двумерной (2D) культуры и выравнивания клеток. Очевидно, чтобы быть действительно биомиметических, инженерно сердечной ткани должны были бы быть 3D. Будущая работа необходима для designinг густой и выровнены functional3D сердечную ткань. Протокол, представленные здесь, однако, обеспечивает превосходное управление морфологии клеток сердечной и позволяет для управления макроскопической функции сердечной ткани на основе наноразмерных сигналов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Fibronectin | BD Biosciences | 354008 | |
| NOA 76 | Norland Products, Inc. | 7606B | |
| Surface Adhesion Promotor (Glass Primer) | Minuta Tech | ||
| PUA | Minuta Tech | MINS-311RM | |
| Soft Rubber Roller | Speedball | ||
| Silicon Wafers | NOVA Electronic Materials | FA01-9900 | |
| Photoresist | Shipley | SPRT510 | |
| Photoresist Developer | Shipley | MF320 | |
| Electron-Beam Lithography System | JEOL | JBX-9300FS | |
| Etching System | Surface Technology Systems | NP10 8UJ | |
| Plasma Asher System | BMR Technology Co. | DSF-200 | |
| Ozone Cure System | Minuta Tech | MT-UV-O- 08 | |
| Fusion Cure System | Minuta Tech | MT-UV-A 11 | |
| NOA 83H | Norland Products, Inc. | 8301 | |
| Spin Coater | Laurel Technology | WS-400-6NPP | |
| Skyrol PET Film | SKC Co., Ltd. | 23038-59-9 | |
| 25 mm Glass Slides | Corning | 2948 | |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | 6/5/2553 | |
| Poly(D,L-lactide-co-glycolide) | Sigma-Aldrich | P2191-1G | |
| Chloroform | Sigma-Aldrich | 372978-1L | |
| 500 g Weights | Global Insustrial | T9FB503120 | |
| Isopropyl Alcohol | EMD Millipore | PX1835-2 | |
| Hot Plate | Corning | PC-420D | |
| Sonicator | Branson | B2510MTH |
References
- Lozano, R., et al. Global and regional mortality from 235 causes of death for 20 age groups in 1990 and 2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010. The Lancet. 380, 2095-2128 (2012).
- Kim, D. -H., et al. Nanoscale cues regulate the structure and function of macroscopic cardiac tissue constructs. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107, 565-570 (2010).
- Tulloch, N. L., et al. Growth of Engineered Human Myocardium With Mechanical Loading and Vascular Coculture. Circulation Research. 109, 47-59 (2011).
- Bursac, N., Parker, K., Irvanian, S., Tung, L. Cardiomyocyte Cultures With Controlled Macroscopic Anisotropy: A Model for Functional Electrophysiological Studies of Cardiac Muscle. Circulation Research. 91, (2002).
- Fink, C., et al. Chronic stretch of engineered heart tissue induces hypertrophy and functional improvement. The FASEB Journal. 14, 669-679 (2000).
- Stevens, M. M. Exploring and Engineering the Cell Surface Interface. Science. 310, (2005).
- Mark, K., Park, J., Bauer, S., Schmuki, P. Nanoscale engineering of biomimetic surfaces: cues from the extracellular matrix. Cell Tissue Res. 339, 131-153 (2009).
- Lü, J. -M., Wang, X., Marin-Muller, C., Wang, H., Lin, P. H., Yao, Q., Chen, C. Current advances in research and clinical applications of PLGA-based nanotechnology. Expert. Rev. Mol. Diagn. 9, 325-341 (2009).
- Kim, H. N., et al. Patterning Methods for Polymers in Cell and Tissue Engineering. Ann Biomed Eng. 40, 1339-1355 (2012).
- Kim, D. -H., Provenzano, P. P., Smith, C. L., Levchenko, A. Matrix nanotopography as a regulator of cell function. The Journal of Cell Biology. 197, 351-360 (2012).
- Park, J., Kim, H. -N., Kim, D. -H., Levchenko, A., Kahp-Yang, S. Quantitative Analysis of the Combined Effect of Substrate Rigidity and Topographic Guidance on Cell Morphology. IEEE Trans.on Nanobioscience. 11, 28-36 (2012).
- Kim, D. -H., Lee, H., Lee, Y. K., Nam, J. -M., Levchenko, A. Biomimetic Nanopatterns as Enabling Tools for Analysis and Control of Live Cells. Adv. Mater. 22, 4551-4566 (2010).
- Kim, D. -H., Wong, P. K., Park, J., Levchenko, A., Sun, Y. Microengineered Platforms for Cell Mechanobiology. Annu. Rev. Biomed. Eng. 11, 203-233 (2009).
- Kim, D. -H., et al. Nanopatterned cardiac cell patches promote stem cell niche formation and myocardial regeneration. Integr Biol. 4, 1019 (2012).
- Kim, P., et al. Fabrication of nanostructures of polyethylene glycol for applications to protein adsorption and cell adhesion. Nanotechnology. 16, 2420-2426 (2005).
- Hwang, S. Y., et al. Adhesion Assays of Endothelial Cells on Nanopatterned Surfaces within a Microfluidic Channel. Anal. Chem. 82, 3016-3022 (2010).
- Heidenreich, P. A., et al. Forecasting the Future of Cardiovascular Disease in the United States: A Policy Statement From the American Heart Association. Circulation. 123, 933-944 (2011).
- Legrice, I. J., et al. Laminar structure of the heart: ventricular myocyte arrangement and connective tissue architecture in the dog. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 269, 1-12 (2002).
- Sosnovik, D. E., Wang, R., Dai, G., Reese, T. G., Wedeen, V. J. Diffusion MR tractography of the heart. J Cardiovasc Magn Reson. 11, 47 (2009).
- Bers, D. M. Calcium Fluxes Involved in Control of Cardiac Myocyte Contraction. Circulation Research. 87, 275-281 (2000).
- Mohrman, D. E., Heller, L. J. Cardiovascular Physiology. , McGraw Hill Medical. (2010).
- Burridge, P. W., Keller, G., Gold, J. D., Wu, J. C. Production of De Novo Cardiomyocytes: Human Pluripotent Stem Cell Differentiation and Direct Reprogramming. Stem Cell. 10, 16-28 (2012).
- Zhang, J., et al. Functional Cardiomyocytes Derived From Human Induced Pluripotent Stem Cells. Circulation Research. 104, (2009).
- Qian, J. -Y., Guo, L. Altered cytosolic Ca2+ dynamics in cultured Guinea pig cardiomyocytes as an in vitro model to identify potential cardiotoxicants. Toxicology in Vitro. 24, 960-972 (2010).
- You, M. -H., et al. Synergistically Enhanced Osteogenic Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells by Culture on Nanostructured Surfaces with Induction Media. Biomacromolecules. 11, 1856-1862 (2010).
- Kim, H. N., et al. Nanotopography-guided tissue engineering and regenerative medicine. Advanced Drug Delivery Reviews. 65, 536-558 (2013).
- Mannix, R. J., et al. Nanomagnetic actuation of receptor-mediated signal transduction. Nature Nanotech. 3, 36-40 (2007).
- Karuri, N. W., et al. Biological length scale topography enhances cell-substratum adhesion of human corneal epithelial cells. J Cell Sci. 117, 3153-3164 (2007).
- Cavalcanti-Adam, E. A., et al. Cell Spreading and Focal Adhesion Dynamics Are Regulated by Spacing of Integrin Ligands. Biophysical Journal. 92, 2964-2974 (2007).
- Koo, L. Y., Irvine, D. J., Mayes, A. M., Lauffenburger, D. A., Griffith, L. G. Co-regulation of cell adhesion by nanoscale RGD organization and mechanical stimulus. J Cell Sci. 115, 1-11 (2002).
- Yim, E. K. F., et al. Nanopattern-induced changes in morphology and motility of smooth muscle cells. Biomaterials. 26, 5405-5413 (2008).
- Dalby, M. J., et al. The control of human mesenchymal cell differentiation using nanoscale symmetry and disorder. Nat Mater. 6, 997-1003 (2007).
- Park, J., Bauer, S., Mark, von der K., Schmuki, P. Nanosize and Vitality: TiO 2Nanotube Diameter Directs Cell Fate. Nano Lett. 7, 1686-1691 (2007).
- Entcheva, E., Bien, H. Macroscopic optical mapping of excitation in cardiac cell networks with ultra-high spatiotemporal resolution. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 92, 232-257 (2006).
- Tung, L., Zhang, Y. Optical imaging of arrhythmias in tissue culture. Journal of Electrocardiology. 39, (2006).
- Himel, H. D., Bub, G., Lakireddy, P., El-Sherif, N. Optical imaging of arrhythmias in the cardiomyocyte monolayer. Heart Rhythm. 9, 2077-2082 (2012).
- Kim, J., Hayward, R. C. Mimicking dynamic in vivo environments with stimuli-responsive materials for cell culture. Trends in Biotechnology. 30, 426-439 (2012).
- Henderson, D. J., Anderson, R. H. The Development and Structure of the Ventricles in the Human Heart. Pediatr Cardiol. 30, 588-596 (2009).
- Badie, N., Bursac, N. Novel Micropatterned Cardiac Cell Cultures with Realistic Ventricular Microstructure. Biophysj. 96, 3873-3885 (2009).
- Badrossamay, M. R., McIlwee, H. A., Goss, J. A., Parker, K. K. Nanofiber Assembly by Rotary Jet-Spinning. Nano Lett. 10, 2257-2261 (2010).
- Rao, C., et al. The effect of microgrooved culture substrates on calcium cycling of cardiac myocytes derived from human induced pluripotent stem cells. Biomaterials. 34, 2399-2411 (2013).
