Cette étude présente une méthode pour préparer 3D, biodégradables, des échafaudages de cellules en forme de mousse à base d'élastomères à cristaux liquides biocompatibles de la chaîne latérale (LCES). Des expériences de microscopie confocale montrent que LCES comme mousse permettent la fixation des cellules, la prolifération et l'alignement spontané de myoblastes C2C12s.
Nous présentons ici une préparation étape par étape d'un échafaudage cellulaire 3D, biodégradable, comme la mousse. Ces échafaudages ont été préparés par co-polymères séquences de réticulation étoile comportant des unités de cholestérol en tant que groupes latéraux de la chaîne latérale, ce qui entraîne smectique A (SmA) des élastomères à cristaux liquides (LCES). Echafauds comme mousse, préparés en utilisant des modèles métalliques, disposent microcanaux interconnectés, ce qui les rend appropriés comme échafauds de culture cellulaire 3D. Les propriétés combinées de la structure régulière de la mousse métallique et du résultat élastomère dans un échafaudage cellulaire 3D qui favorise non seulement la prolifération cellulaire supérieure par rapport aux films templated poreux classiques, mais aussi une meilleure gestion du transport de masse (c. -à- nutriments, gaz, déchets , etc.). La nature du modèle métallique permet la manipulation aisée des formes en mousse ( par exemple, des rouleaux ou des films) et pour la préparation des échafauds de différentes tailles de pores pour les études de cellules différentes , tout en préservant la interconnected nature poreuse du modèle. Le procédé de gravure ne modifie pas la composition chimique des élastomères, en préservant leur nature biocompatible et biodégradable. Nous montrons que ces LCES smectiques, lorsqu'elles sont cultivées pendant des périodes longues, permettent l'étude des constructions de tissus cliniquement pertinentes et complexes, tout en favorisant la croissance et la prolifération des cellules.
Il existe plusieurs exemples de matériaux synthétiques et biologiques biocompatibles destinés à être appliqués dans des études cellulaires et pour la régénération des tissus visant à la fixation des cellules et la prolifération 1, 2, 3, 4, 5. Il y a eu quelques exemples de matériaux biocompatibles, connus comme des élastomères de cristaux liquides (LCES), qui peut répondre à des stimuli externes avec la commande anisotrope moléculaire 6, 7. LCES sont des matériaux stimuli sensibles qui combinent les propriétés mécaniques et élastiques des élastomères avec la fonctionnalité optique et la commande moléculaire de cristaux liquides 8, 9. LCES peuvent subir des modifications de forme, la déformation mécanique, un comportement élastique et des propriétés optiques en réponse à stim externesuli (ie., de la chaleur, le stress, la lumière, etc.) 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16. Des études antérieures ont montré que les cristaux liquides (LC) peuvent détecter la croissance et l' orientation des cellules 4, 17. Il est donc possible de supposer que LCES peuvent être appropriés pour des applications pertinentes biologiquement et médicalement, notamment échafaudage de cellules et d'alignement. Nous avons déjà signalé la préparation de smectiques LCES biocompatibles, biodégradables, coulé moulés et des films minces , avec une morphologie poreuse « type suisse de fromage » 6, 18. Nous avons également préparé LCES biocompatibles nématiques avec la morphologie globulaire comme Echafaudages pour la croissance des cellules 19 <sup>, 20. Notre travail vise à affiner les propriétés mécaniques des matériaux pour correspondre à celles du tissu d'intérêt 21. En outre, ces études mettent l'accent sur la compréhension des interactions cellule-élastomère, ainsi que la réponse cellulaire lorsque les élastomères sont soumis à des stimuli externes.
Les principaux défis étaient en partie pour adapter la porosité des LCES pour permettre la fixation des cellules et la pénétration à travers la matrice élastomère et pour un meilleur transport de masse. La porosité de ces couches minces 6 a permis de permeation cellulaire à travers la masse de la matrice, mais pas tous les pores sont entièrement interconnectés ou avaient une taille de pores plus régulière (homogène). Nous avons rapporté ensuite les élastomères LCE nématiques biocompatibles avec morphologies globulaires. Ces élastomères nématiques autorisés pour la fixation et la prolifération des cellules, mais la taille des pores ne variaient de 10 à 30 um, ce qui a empêché ou limité l'utilisation de cesles élastomères ayant une plus grande variété de lignées de cellules 19, 20.
Les travaux antérieurs de Kung et al. relative à la formation de mousses de graphène à l' aide d' un gabarit métallique « sacrificielle » a montré que la mousse de graphène obtenu avait une morphologie poreuse très régulier imposé par le gabarit métallique choisi 22. Cette méthode offre un contrôle total de la taille de la porosité et pores. En même temps, la malléabilité et la flexibilité du modèle métallique permettent la formation de différentes formes modèle avant la préparation de la mousse. D' autres techniques, telles que le lessivage matériau 23, le gaz texturation 24, ou des fibres électro-filage 25, 26 offrent également le potentiel pour la préparation de matériaux poreux, mais ils sont plus longues et, dans certains cas, la taille des pores est limitée à seulement quelques micromètres. Mousse-comme LCES 3D préparés en utilisant des gabarits métalliques permettent une charge de cellule plus élevée; un taux de prolifération améliorée; co-culture; et, last but not least, une meilleure gestion des transports de masse (c. -à- nutriments, les gaz et les déchets) afin d' assurer le plein développement des tissus 27. Mousseuse LCES 3D apparaissent également pour améliorer l'alignement des cellules; cela est probablement en relation avec les pendentifs LC détection de la croissance cellulaire et l'orientation des cellules. La présence de fragments de LC au sein du LCE semble améliorer l'alignement des cellules par rapport à l'emplacement de la cellule à l'intérieur de l'échafaudage pour LCE. Les cellules alignées dans les entretoises du LCE, alors qu'aucune orientation claire est observée lorsque les entretoises se rejoignent (jonctions) 27.
Dans l'ensemble, notre plate-forme d'échafaudage de cellules LCE comme milieu de support cellulaire offre la possibilité de régler la morphologie des élastomères et des propriétés élastiques et pour diriger spécifiquement l'alignement des types de cellules (individuels) pour créer un arrangements spatiaux ordonnés, of cellules semblables à des systèmes vivants. En plus de fournir un échafaudage capable de soutenir et de diriger la croissance cellulaire à long terme et la prolifération, LCES permettent également des expériences dynamiques, où l'orientation des cellules et les interactions peuvent être modifiées à la volée.
élastomères cristaux liquides ont récemment été étudiés comme échafauds de cellules biocompatibles en raison de leur réactivité stimuli. Ils se sont avérés être des plates-formes idéales comme échafauds cellulaires. Cependant, un facteur important de garder à l'esprit lors de la préparation et la conception d'un nouvel échafaudage LCE est la porosité. L'incorporation de solides lessivables 23 ou de gaz ne se traduit pas toujours dans la porosité homogène ou pores …
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs tiennent à remercier l'Université Kent State (subvention de collaboration de recherche et de soutien à l'Initiative de médecine régénératrice à Kent State – ReMedIKS) pour le soutien financier de ce projet.
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 |