Diese Studie stellt eine Methode zur Herstellung von 3D, biologisch abbaubare, schaumartige Gerüste Zelle basierend auf biokompatible Seitenkettenflüssigkristall Elastomere (LCEs). Die konfokale Mikroskopie Experimente zeigen, dass schaumartige LCEs ermöglichen Zellanheftung, Proliferation und die spontane Ausrichtung der C2C12s Myoblasten.
Hier präsentieren wir eine Schritt-für-Schritt Herstellung eines 3D, biologisch abbaubaren, schaumartige Zellgerüst. Diese Gerüste wurden hergestellt durch vernetzende Stern-Block-Copolymere mit Cholesterin-Einheiten als Seitenketten-Seitengruppen, die sich in der smektischen A (SmA) Flüssigkristall Elastomere (LCEs). Schaumartige Gerüste, hergestellt Metall Vorlagen verfügen miteinander verbundene Mikrokanäle, so dass sie geeignet als 3D-Zellkulturgerüste. Die kombinierten Eigenschaften der regelmäßigen Struktur des Metallschaums und des Elastomer Ergebnis in einem 3D – Zell Gerüst , das nicht nur eine höhere Zellproliferation im Vergleich zu herkömmlichen porösen Templat Filme, sondern auch eine bessere Verwaltung der Massentransport (dh Nährstoffe, Gase, Abfall fördert usw.). Die Art der Metallschablone ermöglicht die einfache Bearbeitung von Schaumformen (dh Rollen oder Folien) und zur Herstellung von Gerüsten unterschiedlicher Porengrößen für unterschiedliche Zellstudien unter Beibehaltung die interconnected poröse Natur der Vorlage. Der Ätzprozess wirkt sich nicht auf die Chemie der Elastomere, ihre biokompatibel und biologisch abbaubar Natur zu bewahren. Wir zeigen, dass diese smektische LCEs, wenn sie für ausgedehnte Zeiträume gewachsen, die Untersuchung von klinisch relevanten und komplexen Gewebekonstrukte ermöglichen, während das Wachstum und die Vermehrung von Zellen zu fördern.
Es gibt mehrere Beispiele von biologischen und biologisch verträglichen synthetischen Materialien zur Anwendung , in Zellstudien und für die Geweberegeneration darauf abzielen, die Zellanheftung und Proliferation 1, 2, 3, 4, 5. Es gibt einige Beispiele von biokompatiblen Materialien gewesen, bekannt als Flüssigkristall Elastomere (LCEs), die Molekular auf äußere Reize mit anisotropen reagieren könnten Bestellung 6, 7. LCEs sind Stimuli reagierende Materialien , die die mechanischen und elastischen Eigenschaften von Elastomeren , die mit den optischen Funktionen und molekularen Anordnung von Flüssigkristallen 8, 9 verbinden. LCEs können Änderungen in der Form, mechanische Verformung, elastisches Verhalten auf, und die optischen Eigenschaften in Reaktion auf externe stimUli (dh., Wärme, Druck, Licht, etc.) 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16. Frühere Studien haben gezeigt , dass Flüssigkristallen (LCs) 4 , das Wachstum und die Orientierung von Zellen abtasten kann, 17. Es ist möglich, dann davon ausgehen, dass LCEs für biologisch und medizinisch relevante Anwendungen geeignet sein kann, einschließlich Zellgerüsten und Ausrichtung. Wir haben bereits berichtet , die Herstellung von smektischen biokompatibles, biologisch abbaubarem, gussgeformt, und dünnen Filme von LCEs einen „Swiss-Käse – Typ“ poröse Morphologie 6, 18. Wir haben auch nematische biokompatiblen LCEs mit globuläre Morphologie als Gerüste für das Zellwachstum 19 hergestellt <sup> 20. Unsere Arbeit wurde bei Abstimmung der mechanischen Eigenschaften der Materialien richtet 21 diejenigen des Gewebes von Interesse zu entsprechen. Außerdem konzentrieren sich diese Studien auf Elastomer-Zell-Wechselwirkungen zu verstehen, sowie zelluläre Reaktion, wenn die Elastomere auf äußere Reize unterliegen.
Die wichtigsten Herausforderungen waren teilweise die Porosität des LCEs maßzuschneidern für die Zellanheftung und Permeation durch die Elastomermatrix und zum besseren Massentransport zu ermöglichen. Die Porosität dieser Dünnschichten 6 für Zellpermeation durch die Masse der Matrix erlaubt, aber nicht alle Poren vollständig miteinander verbunden waren oder hatten ein regelmäßigeres (homogen) Größe Pore. Wir berichten dann auf biokompatiblen nematischen LCE Elastomere mit globulären Morphologien. Diese nematische Elastomere für die Anheftung und Proliferation von Zellen erlaubt, aber die Porengröße lag im Bereich von 10 bis 30 nur um, was verhindert, oder die Verwendung von dieser beschränktElastomere mit einer größeren Vielfalt von Zelllinien 19, 20.
Frühere Arbeiten von Kung et al. im Zusammenhang mit der Bildung von Graphen Schäumen einer „Opfer“ Metallschablone zeigte , dass der erhaltene Graphitschaum eine sehr regelmäßige poröse Morphologie durch die gewählte Metallschablone 22 diktiert hatte. Diese Methode bietet die volle Kontrolle über die Porosität und Porengröße. Zur gleichen Zeit, die Geschmeidigkeit und Flexibilität der Metallschablone ermöglichen die Bildung von verschiedener Vorlage Schaumherstellung vor prägt. Andere Techniken, wie beispielsweise Material Auslaugung 23, Gas Templat 24 oder elektrogesponnenen Fasern 25, 26 bieten auch das Potential für die Herstellung von porösen Materialien, aber sie sind zeitaufwendig , und in einigen Fällen wird die Porengröße begrenzt auf nur wenige Mikrometer. Schaum-ähnlichen 3D LCEs vorbereitet Metallschablonen für eine höhere Zellenlast erlauben verwendet; eine verbesserte Proliferationsrate; Cokultivieren; und last but not least, eine bessere Massentransportmanagement (dh Nährstoffe, Gase und Abfall) , um sicherzustellen , vollständige Gewebeentwicklung 27. Schaumartige 3D LCEs scheint auch Zellausrichtung zu verbessern; Dies ist wahrscheinlich in Bezug auf die LC-Anhänger Abfühlen Zellwachstum und die Zellorientierung. Die Anwesenheit von LC-Einheiten innerhalb des LCE erscheint Zellenausrichtung mit Bezug auf Zellenposition innerhalb des LCE Gerüstes zu verbessern. Zellen auszurichten innerhalb der Streben des LCE, während keine klare Orientierung beobachtet wird , wo die Verstrebungen miteinander verbinden (junctions) 27.
Insgesamt ist unsere LCE Zellgerüstplattform als Zellträgermedium bietet die Möglichkeit zur Abstimmung der Elastomer Morphologie und elastische Eigenschaften und insbesondere die Ausrichtung der (individuellen) Zelltypen zu lenken, eine geordnete, räumlichen Anordnungen o zu schaffenf Zellen ähnlich wie lebende Systeme. Abgesehen von einem Gerüst der Lage erhalt Bereitstellung und langfristiges Zellwachstum und -proliferation zu leiten, LCEs erlaubt auch für dynamische Experimente, in denen Zellorientierung und Wechselwirkungen können im laufenden Betrieb geändert werden.
Flüssigkristalline Elastomere als biokompatible Zellgerüste untersucht aufgrund ihrer Reize Ansprechbarkeit kürzlich. Sie haben sich als ideale Plattformen als Zellgerüste sein. Jedoch ist ein wichtiger Faktor im Auge zu behalten bei der Vorbereitung und ein neues LCE Gerüstes Gestaltung ist Porosität. Die Einarbeitung von auslaugbaren Feststoffen oder Gas 23 führt nicht immer in homogener Porosität oder vollständig miteinander verbundene Poren. Die Verwendung einer Metallschablone, die …
The authors have nothing to disclose.
Die Autoren möchten sich Kent State University (kollaborativen Forschungsförderung und Unterstützung für die Regenerative Medizin Initiative an der Kent State – ReMedIKS) danken für die finanzielle Unterstützung dieses Projekts.
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 |