Denna studie presenterar en metod för att förbereda 3D, bionedbrytbara, skumliknande cell ställningar baserat på biokompatibla sidokedjeegenskaper flytande kristaller elastomerer (LCEs). Konfokalmikroskopi experiment visar att skumliknande LCEs möjliggöra cellvidhäftning, proliferation och den spontana anpassningen av C2C12s myoblaster.
Här presenterar vi en steg-för-steg-framställning av en 3D, bionedbrytbar, skumliknande cellbyggnadsställningen. Dessa ställningar framställdes genom tvärbindning av stjärn segmentsampolymerer terar kolesterolheter som sidokedja vidhängande grupper, vilket resulterar i smektisk-A (SmA) flytande elastomerer kristall (LCEs). Skumliknande ställningar, framställes med användning av metallmallar, har med varandra förbundna mikrokanaler, vilket gör dem lämpliga som 3D-cell odlingsställningar. De kombinerade egenskaperna hos den regelbundna strukturen hos metallskum och av elastomer resultatet i en 3D-cellbyggnadsställning som främjar inte bara högre cellproliferation jämfört med konventionella porösa templated filmer, men även en bättre förvaltning av masstransport (dvs näringsämnen, gaser, avfall , etc). Arten av mallen metall möjliggör enkel manipulering av skum former (dvs rullar eller filmer) och för framställning av byggnadsställningar med olika porstorlekar för olika cellstudier samtidigt som interconnected porösa naturen av mallen. Etsningen Processen påverkar inte kemin av elastomerer, bevara deras biokompatibla och bionedbrytbara natur. Vi visar att dessa smekt LCEs, när den odlas under långa tidsperioder, gör det möjligt att studera kliniskt relevanta och komplexa vävnadskonstruktioner och samtidigt främja tillväxt och spridning av celler.
Det finns flera exempel på biologiska och biokompatibla syntetiska material avsedda att appliceras i cellstudier och för vävnadsregenerering som syftar till cellvidhäftning och proliferation 1, 2, 3, 4, 5. Det har funnits några exempel på biokompatibla material, kända som flytande kristall-elastomerer (LCEs), som skulle kunna reagera på yttre stimuli med anisotropa molekyl beställning 6, 7. LCEs är stimuli-responsiva material som kombinerar de mekaniska och elastiska egenskaperna hos elastomerer med den optiska funktionalitet och molekyl beställning av vätskekristaller 8, 9. LCEs kan uppleva förändringar i form, mekanisk deformation, elastiskt beteende, och optiska egenskaper som svar på externa stimuli (dvs., värme, stress, ljus, etc.) 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16. Tidigare studier har visat att flytande kristaller (LCS) kan avkänna tillväxt och orientering av celler 4, 17. Är det möjligt att sedan anta att LCEs kan vara lämpliga för biologiskt och medicinskt relevanta tillämpningar, inklusive cell byggnadsställningar och inriktning. Vi har tidigare rapporterat framställningen av smektiska biokompatibla, biologiskt nedbrytbara, gjutna-formade och tunna LCEs filmer presenterar en "Swiss-ost typ" porös morfologi 6, 18. Vi förberedde också nematisk biokompatibla LCEs med klotformiga morfologi som byggnadsställningar för celltillväxt 19 <sup>, 20. Vårt arbete syftade till trimma de mekaniska egenskaperna hos de material för att matcha de vävnaden av intresse 21. Även dessa studier fokuserar på att förstå elastomer-cell interaktioner, samt cellulär respons när elastomerer är föremål för yttre stimuli.
De största utmaningarna var delvis att skräddarsy porositeten hos LCEs för att möjliggöra cellvidhäftning och permeation genom elastomermatrisen och för bättre masstransport. Porositeten hos dessa tunna filmer 6 tillåts för cellgenomträngning genom den största delen av matrisen, men inte alla porer var fullständigt sammankopplade eller hade en mer regelbunden (homogen) porstorlek. Vi rapporterade sedan på biokompatibla nematisk LCE elastomerer med klotformiga morfologier. Dessa nematiska elastomerer tillåts för fastsättning och tillväxt av celler, men porstorleken varierade endast 10-30 um, som förhindras eller begränsat användningen av dessaelastomerer med ett bredare utbud av cellinjer 19, 20.
Tidigare arbete av Kung et al. om bildningen av grafen skum med användning av en "offer" metallmall visade att den erhållna grafen skummet hade en mycket regelbunden porös morfologi dikteras av den valda metallen mallen 22. Denna metod ger full kontroll över porositet och porstorlek. På samma gång, den formbarhet och flexibilitet av mallen metall medge bildning av annan mall former före skumpreparat. Andra tekniker, såsom material urlakning 23, gas schablon 24, eller elektro spunna fibrerna 25, 26 erbjuder även möjligheten för framställning av porösa material, men de är mer tidskrävande och, i vissa fall, är porstorleken begränsad till endast ett fåtal mikrometer. Skum-liknande 3D LCEs ställdes med användning av metallmallar möjliggöra en högre belastningscell; en förbättrad proliferationshastighet; samodling; och sist men inte minst, bättre hantering masstransport (dvs. näringsämnen, gaser och avfall) för att säkerställa full vävnadsutveckling 27. Skumliknande 3D LCEs verkar också för att förbättra cell inriktning; detta är mest sannolikt i förhållande till de LC hängen sensing celltillväxt och cellorienteringen. Närvaron av LC molekyldelar inom LCE synes förstärka cell inriktning med avseende på cell plats inom LCE ställningen. Celler rikta inom stöttorna hos LCE, medan ingen tydlig orientering observeras där stagen förenas (föreningspunkter) 27.
Totalt sett vår LCE cell scaffold plattform som en cellstödmedium erbjuder möjligheter att avstämma elastomer morfologi och elastiska egenskaper och för att specifikt rikta anpassning av (enskilda) celltyper för att skapa en ordnad, rumsliga arrangemang of celler liknande levande system. Bortsett från att tillhandahålla en byggnadsställning som kan upprätthålla och styra långsiktig cellulär tillväxt och proliferation, LCEs tillåter även för dynamiska experiment, där cell orientering och interaktioner kan modifieras på fluga.
Flytande kristallina elastomerer har nyligen undersökts som biokompatibla cell ställningar på grund av deras stimuli respons. De har visat sig vara idealiska plattformar som cell ställningar. Men det är en viktig faktor att tänka på när de förbereder och utforma en ny LCE ställning porositet. Införlivandet av lakbara fasta ämnen 23 eller gaser inte alltid resultera i homogen porositet eller helt sammankopplade porer. Användningen av en mall metall som kan etsas ut inte bara ger möjl…
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill tacka Kent State University (forskningssamverkan bidrag och stöd för Regenerative Medicine Initiative på Kent State – ReMedIKS) för finansiellt stöd för detta projekt.
1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane | Alfa Aesar | L16606 | Silanizing agent |
2-bis(4-hydroxy-cyclohexyl)propane | TCI | B0928 | Reagent |
2-chlorohexanone | Alfa Aesar | A18613 | Reagent |
2-heptanone | Sigma Aldrich | W254401 | Solvent |
2-propanol | Sigma Aldrich | 278475 | Solvent |
3-chloroperbenzoic acid, m-CPBA | Sigma Aldrich | 273031 | Reagent |
4-dimethylaminopyridine | Alfa Aesar | A13016 | Reagent |
4',6-diamidino-2-phenylindole, DAPI | Invitrogen | D1306 | Nuclear Stain |
5-hexynoic acid | Alfa Aesar | B25132-06 | Reagent |
Acetic acid | VWR | 36289 | Solvent |
Acetone | Sigma Aldrich | 34850 | Solvent |
Alcohol 200 proof ACS Grade | VWR | 71001-866 | Reagent |
Benzene | Alfa Aesar | AA33290 | Solvent |
ε-caprolactone | Alfa Aesar | A10299-0E | Reagent |
Chloroform | VWR | BDH1109 | Solvent |
Cholesterol | Sigma Aldrich | C8503 | Reagent |
Chromium(VI) oxide | Sigma Aldrich | 232653 | Reagent |
Copper (I) iodide | Strem Chemicals | 100211-060 | Reagent |
D,L-Lactide | Alfa Aesar | L09026 | Reagent |
Dichloromethane | Sigma Aldrich | 320269 | Solvent |
Diethyl ether | Emd Millipore | EX0190 | Solvent |
N,N-Dimethylformamide | Sigma Aldrich | 270547 | Solvent |
Dulbecco’s modified Eagle medium, DEME | CORNING Cellgo | 10-013 | Cell Media |
Ethanol | Alfa Aesar | 33361 | Solvent |
Formaldehyde | SIGMA Life Science | F8775 | Fixative |
Fetal bovine serum, FBS | HyClone | SH30071.01 | Media Component |
Filter paper, Grade 415, qualitative, crepe | VWR | 28320 | Filtration |
Glycerol | Sigma Aldrich | G5516 | Central node (3-arm) |
Hexamethylene diisocyanate, HDI | Sigma Aldrich | 52649 | Crosslinker |
Iron(III) chloride | Alfa Aesar | 12357 | Etching agent |
Isopropyl alcohol | VWR | BDH1133 | Solvent |
Methanol | Alfa Aesar | L13255 | Solvent |
N,N'-dicyclohexylcarbodiimide | Aldrich | D80002 | Solvent |
N,N-Dimethylformamide | Sigma Aldrich | 270547 | Solvent |
Nickel metal template | American Elements | Ni-860 | Foam template |
Neuroblastomas cells (SH-SY5Y) | ATCC | CRL-2266 | Cell line |
Penicillin streptomycin | Thermo SCIENTIFIC | 15140122 | Antibiotics |
Polyethylene glycol 2000, PEG | Alfa Aesar | B22181 | Reagent |
Sodium azide | VWR | 97064-646 | Reagent |
Sodium bicarbonate | AMRESCO | 865 | Drying salt |
Sodium chloride | BDH | BDH9286 | Drying salt |
Sodium phosphate dibasic heptahydrate | Fisher Scientific | S-374 | Drying salt |
Sodium phosphate monobasic monohydrate | Sigma Aldrich | S9638 | Drying salt |
Sodium sulfate | Sigma Aldrich | 239313 | Drying salt |
Tetrahydrofuran | Alfa Aesar | 41819 | Solvent |
Thiosulfate de sodium | AMRESCO | 393 | Drying salt |
Tin(II) 2-ethylhexanoate | Aldrich | S3252 | Reagent |
Toluene | Alfa Aesar | 22903 | Solvent |
Triethylamine | Sigma Aldrich | 471283 | Reagent |
Trypsin | HyClone | SH30042.01 | Cell Detachment |
Olympus FV1000 |