מחקר זה מציג מתודולוגיה להכין 3D, מתכלים, פיגומי תא דמוי קצף המבוססים על אלסטומרים גביש נוזלי ביולוגיים בצד שרשרת (LCEs). ניסויי מיקרוסקופיה Confocal מראים כי LCEs דמוי קצף לאפשר התקשרות תא, התפשטות, ואת היישור הספונטני של myoblasts C2C12s.
כאן, אנו מציגים צעד-אחר-צעד בהכנת פיגום תא 3D, מתכלה, כמו קצף. פיגומים אלה הוכנו על ידי גוש כוכב cross-linking שיתוף פולימרים שמציעות יחידות כולסטרול כמו קבוצה צדדית צד-שרשרת, וכתוצאה מכך-A smectic (SMA) אלסטומרים גביש נוזלי (LCEs). קצף דמוי פיגומים, שהוכנו באמצעות תבניות מתכת, וכוללים microchannels ביניהם, מה שהופך אותם למתאימים כמו פיגומי תרבית תאי 3D. המאפיינים המשותפים של המבנה הרגיל של קצף המתכת של תוצאת אלסטומר ב פיגום תא 3D מקדם לא רק התפשטות תאים גבוהה בהשוואה לסרטי templated הקונבנציונליים נקבוביים, אלא גם לניהול טוב יותר של תחבורה המונית (כלומר, מזינים, גזים, פסולת , וכו '). האופי של תבנית המתכת מאפשר מניפולציה הקלה של צורות קצף (כלומר, לחמניות או סרטים) ועל הכנת הפיגומים בגדלים נקבוביים שונים ללימודי תאים שונים תוך שמירה על interconnecטבע נקבובי טד מהתבנית. תהליך התחריט אינו משפיע על הכימיה של אלסטומרים, שימור הטבע הביולוגי מתכלה שלהם. אנו מראים כי LCEs smectic אלה, כאשר גדלו במשך תקופות זמן נרחבות, לאפשר לימוד בונת רקמות רלוונטית ומורכבת קליניים תוך קידום הצמיחה וההתפשטות של תאי.
ישנן מספר דוגמאות של חומרים סינטטיים ביולוגיים ביולוגיים מיועדים ליישום במחקרי תא לשחזור רקמות המכוונים מצורף תא התפשטות 1, 2, 3, 4, 5. היו כמה דוגמאות של חומרים ביולוגיים, המכונים אלסטומרים גביש נוזליים (LCEs), שיכול להגיב לגירויים חיצוניים עם אנאיזוטרופיות מולקולרי מזמין 6, 7. LCEs הם חומרי גירויים-היענות המשלבים את התכונות המכאניות אלסטי של אלסטומרים עם פונקציונליות האופטית והזמנה מולקולרית של גבישים נוזליים 8, 9. LCEs יכול לחוות שינויים בכושר, עיוות מכאנית, התנהגות אלסטית, ואת תכונות אופטיות בתגובת Stim החיצוניUli (כלומר., חום, מתח, אור, וכו ') 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16. מחקרים קודמים הראו כי גבישים נוזליים (LCS) יכולים לחוש את הצמיחה ואת הנטייה של תאים 4, 17. יתכן ואז להניח LCEs עשוי להיות מתאים ליישומים ביולוגיים רפואיים רלוונטיים, כוללים תא פיגומים ויישור. דיווחנו בעבר בהכנת הסרטים ביולוגי, מתכלה, יצוק יצוק, ורזה LCEs smectic שמציעה "סוג שוויצרי-גבינה" מורפולוגיה נקבובית 6, 18. גם הכנו LCEs הביולוגית Nematic עם מורפולוגיה כדורית כמו פיגומי צמיחת תאים 19 <sup>, 20. העבודה שלנו נועדה כוונון התכונות המכאניות של חומרים כדי להתאים לאל של הרקמה של עניין 21. כמו כן, מחקרים אלה מתמקדים בהבנת אינטראקציות תא אלסטומר, כמו גם תגובה תאית כאשר אלסטומרים כפופים גירויים חיצוניים.
האתגרים העיקריים היו בחלקם להתאים את נקבוביות של LCEs כדי לאפשר התקשרות תא חלחול דרך המטריצה אלסטומר ועבור להסעת המונים יותר. הנקבובי של שכבות דקות אלה 6 מותר חלחול תא דרך הארי של מטריקס, אבל לא כל הנקבוביות היו מחוברות באופן מלא או היה גודל הנקבוביות קבוע יותר (הומוגנית). אז דיווחנו לאלסטומרים LCE Nematic הביולוגיים עם מורפולוגיות כדוריות. אלסטומרים Nematic אלה שאפשרו את הקובץ המצורף ושגשוגם של תאים, אך הגודל הנקבובי נע רק 10-30 מיקרומטר, אשר מנע או הגבילו את השימוש הללואלסטומרים עם מגוון רחב יותר של שורות תאים 19, 20.
עבודות קודמות של ואח קונג. בנוגע להיווצרות קצף גרפן באמצעות תבנית מתכת "הקרבה" הראה כי קצף גרפן שהיה מתקבל אילו מורפולוגיה נקבובית סדירה מאוד מוכתבת על ידי תבנית המתכת נבחרה 22. מתודולוגיה זו מציעה שליטה מלאה על גודל הנקבובי הנקבובי. במקביל, הסגילות וגמישות של תבנית מתכת לאפשר היווצרות של תבנית שונה המעצב לפני הכנת קצף. טכניקות אחרות, כגון שטיפת חומר 23, בניית תבנית גז 24, או סיבים סובבים אלקטרו 25, 26 מציעות גם הפוטנציאל להכנת חומרים נקבוביים, אבל הם יותר זמן רב, במקרים מסוימים, את הגודל הנקבובי מוגבל רק כמה מיקרומטרים. קֶצֶף-כמו LCEs 3D מוכן באמצעות תבניות מתכת לאפשר עומס תא גבוה; שיעור התפשטות משופר; שיתוף culturing; ו, ואחרון אחרון חביב, ניהול תחבורה המונית טוב יותר (כלומר, מזינים, גזים, ופסולת) כדי להבטיח התפתחות מלאה רקמות 27. קצף דמוי LCEs 3D להופיע גם לשפר יישור התא; זהו ככל הנראה ביחס תליוני LC חישת צמיחת תאים וכיוון תא. הנוכחות של moieties LC בתוך LCE מופיע כדי לשפר יישור התא ביחס למיקום התא בתוך הפיגום LCE. תאים ליישר בתוך תמוכות של LCE, בעוד שום אוריינטציה ברורה שנצפה בהם תמוכות להצטרף יחד (צמתים) 27.
בסך הכל, פלטפורמת פיגום תא LCE שלנו כמדיום תמיכת תא מציעה הזדמנויות לכוון את מורפולוגיה אלסטומר ואת תכונות אלסטיות כדי במיוחד לכוון את היישור (בודדים) סוגי תאים ליצור הורה, סידורים מרחביים oF תא דומה למערכות חיים. מלבד מתן פיגום מסוגל לתמוך ולכוון לצמיחת תרבות תאים לטווח ארוך, LCEs גם לבצע ניסיונות דינמיים, שבו נטייה ואינטראקציות תא ניתן לשנות על לטוס.
אלסטומרים גבישי נוזלים נחקרו לאחרונה כמו פיגומי תא ביולוגיים עקב היענות הגירויים שלהם. הם הוכחו להיות פלטפורמות אידיאליות כמו פיגומי תא. עם זאת, גורם חשוב לזכור בעת הכנה ועיצוב פיגום LCE חדש הוא נקבובי. השילוב של מוצקי leachable 23 או גזים לא תמיד לגרום נקבוביו?…
The authors have nothing to disclose.
המחברים מבקשים להודות קנט סטייט (מענק מחקר שיתופי התמיכה ביוזמת רפואה רגנרטיבית באוניברסיטת קנט – ReMedIKS) עבור תמיכה כספית של הפרויקט הזה.
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 |