Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Синтез биосовместимых жидкого кристалла эластомерных пен, как Cell Каркасы для 3D-пространственных культур клеток

Published: April 11, 2017 doi: 10.3791/55452
Automatic Translation
1, 1, 2, 3, 1, 1, 3, 3, 1
1Liquid Crystal Institute, Kent State University, 2Chemical Physics Interdisciplinary Program, Liquid Crystal Institute, Kent State University, 3Department of Biological Sciences, Kent State University

Summary

Данное исследование представляет методологию для подготовки 3D, биоразлагаемый, пенообразный каркасы клеточного на основе биосовместимых жидкокристаллических эластомеров боковой цепи (LCEs). Конфокальные микроскопия эксперименты показывают, что пенообразный LCEs позволяет прикрепление клеток, пролиферации и спонтанного выравниванию C2C12s миобластов.

Abstract

Здесь мы представляем шаг за шагом подготовку 3D, биоразлагаемых, пенообразные клетки строительных лесов. Эти каркасы были получены путем поперечного сшивания звезд блок-сополимеров, показывающие единицы холестерина в боковой цепи боковых групп, в результате чего смектической-А (СМА) жидкокристаллических эластомеров (LCEs). Пенообразный каркасы, подготовленный с использованием шаблонов металлов, имеет взаимосвязанные микроканалы, что делает их пригодными в качестве 3D-клеточной культура каркасов. Объединенные свойства обычной структуры металлической пены и в результате эластомера в клеточном помосте 3D , что способствует не только более высокой пролиферации клеток по сравнению с обычными пористыми шаблонными фильмами, но и более эффективным управлением переносом массы (то есть, питательными веществами, газов, отходы и т.д.). Природа шаблона металла позволяет легко манипулировать пены форм (т.е. рулонов или пленки) , а также для подготовки каркасов различных размеров пор для различных исследований клеток при сохранении interconnecTed пористая природа шаблона. Процесс травления не влияет на химический состав эластомеров, с сохранением их биологически совместимая и биологически разлагаемой природы. Показано, что эти Смектические LCEs при выращивании в течение длительного периода времени, времени, позволит исследование клинически значимых и сложных конструкций ткани, содействуя росту и пролиферации клеток.

Introduction

Есть несколько примеров биосовместимых биологических и синтетических материалов , предназначенных для применения в исследованиях клеток и для регенерации ткани , направленной на прикрепление клеток и пролиферации 1, 2, 3, 4, 5. Там было несколько примеров биосовместимых материалов, известных как жидкокристаллические эластомеры (LCEs), которые могли бы реагировать на внешние раздражители с анизотропной молекулярным упорядочением 6, 7. LCEs являются стимулы-чувствительных материалами , которые сочетают в себе механические и эластичные свойства эластомеров с оптической функциональностью и молекулярным упорядочением жидких кристаллов 8, 9. LCEs может испытывать изменения в форме, механическую деформацию, упругое поведение и оптические свойства в ответ на внешние ститулы (то есть., жара, стресс, свет и т.д.) 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16. Более ранние исследования показали , что жидкие кристаллы (ЖК) может ощутить рост и ориентацию клеток 4, 17. Можно тогда предположить, что LCEs может быть пригоден для биологических и медицинских соответствующих приложений, включая клетку леса и выравнивание. Ранее мы уже сообщали о подготовке смектических биосовместимые, биодеградируемые, литье под давлением, и тонкие LCEs фильмов с участием в «типа швейцарского сыра» пористый морфологию 6, 18. Мы также подготовили нематические биосовместимые LCEs с глобулярной морфологией , как каркасы для роста клеток 19 <SUP> 20. Наша работа была направлена на настройку механических свойств материалов , чтобы они соответствовали интересующей ткани 21. Кроме того, эти исследования сосредоточены на понимании эластомер-клеточных взаимодействий, а также клеточный ответ, когда эластомеры подвергается воздействию внешних раздражителей.

Основные проблемы были частично адаптировать пористость LCEs, чтобы обеспечить прикрепление клеток и проникновение через матрицу эластомера и для лучшего переноса массы. Пористость этих тонких пленок 6 позволила клеточной проницаемости через объем матрицы, но не все поры были полностью соединены между собой или имели более регулярные (однородный) размер пор. Затем мы сообщили о биосовместимых нематико LCE эластомеры с шаровыми морфологией. Эти нематических эластомеры разрешены для прикрепления и пролиферации клеток, но размер пор в диапазоне от 10-30 только мкм, что помешало или ограничить использование этихэластомеры с более широким разнообразием клеточных линий 19, 20.

Предыдущая работа Кунг и др. связанные с формированием графеновых пен с использованием «жертвенную» шаблон металла показал , что полученный графен пена имела очень регулярный пористой морфологии , диктуемой выбранного шаблона 22 металла. Эта методика обеспечивает полный контроль пористости и размера пор. В то же время, пластичность и гибкость шаблона металла позволяют формирование другого шаблона формы перед приготовлением пены. Другие методы, такие как материал выщелачивание 23, газ шаблоны 24 или электрооптического прядением волокон 25, 26 также обеспечивают потенциал для получения пористых материалов, но они больше времени, и, в некоторых случаях, размер пор ограничен лишь несколько микрометров. пена-как 3D LCEs готовили с использованием шаблонов металлов позволяют более высокую нагрузку клеток; улучшенная скорость пролиферации; совместное культивирование; и, наконец , но не в последнюю очередь, лучше массовое управление транспортом (то есть, питательные вещества, газы и отходы) , чтобы обеспечить развитие полной ткани 27. Пенообразный 3D LCEs также появляется, чтобы улучшить выравнивание клеток; это, скорее всего по отношению к LC подвескам зондирования роста клеток и ориентации клеток. Наличие LC остатки в пределах LCE появляется для улучшения выравнивания клеток относительно расположения клеток внутри LCE строительных лесов. Клетки выравнивания в пределах распорок в LCE, в то время как нет четкой ориентации не наблюдаются , где распорки объединяются (переходы) 27.

В целом, наша LCE клетки подмости платформа в качестве опорной ячейки среды открывает новые возможности для настройки морфологии эластомера и упругих свойства и конкретно направлять выравнивание (индивидуальные) типов клеток для создания нумерованных, пространственные расположений оF клетки, похожие на живые системы. Помимо обеспечения лески, способной выдержать и направляя долгосрочный клеточный рост и пролиферацию, LCEs также позволяет для динамических экспериментов, в которых ориентация и взаимодействие клеток могут быть изменены на лета.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Примечание: Следующие шаги для 3D - LCE пенообразного подготовки с использованием 3-рука звезды блок - сополимера показаны на рисунке 1. Для получения ядерного магнитного резонанса (ЯМР) характеристики, спектры записаны в дейтерированном хлороформе (CDCl 3) при комнатной температуре на 400 МГц приборе Bruker DMX и внутренне ссылки остаточные пики при 7.26. Преобразование Фурье инфракрасного спектра (FT-IR) записывается с использованием Bruker Вектор 33 FT-IR спектрометра с использованием режима нарушенного полного отражения. Для каждого шага следующего протокола, важно носить соответствующую защитную одежду (СИЗО).

1. Синтез альфа-хлор-е-капролактон (Мономер) ( В соответствии с процедурой , описанной в Жером и др. 28)

  1. Перед началом синтеза, очистки 27 г 3-хлорпербензойной кислоты следующим образом:
    1. В 800 мл дистиллированной воды, добавляют 1,28 г натриямоногидрата одноосновного фосфата и 8,24 г гептагидрата двухосновного фосфата натрия. Доводят рН до 7,4 (с помощью гидроксида натрия или соляной кислоты) и резерв 30 мл этого раствора; это буферный раствор.
    2. С помощью делительной воронки, растворите 3-хлорпербензойной кислоты в 35 мл диэтилового эфира. Промывают органический раствор с 10 мл буферного раствора (полученного на стадии 1.1.1.). Повторите промывочные три раза.
    3. Добавьте 3 г сульфата натрия непосредственно в органическом растворе; Этот сушильный агент поглощает воду из органического раствора.
    4. Фильтр решения, чтобы удалить осушающий агент. Фильтрат концентрируют при пониженном давлении с использованием роторного испарителя при 850 мбар и 40 ° C.
  2. Солюбилизации 18,5 г очищенного 3-хлорнадбензойной кислоты в 150 мл сухого дихлорметана при перемешивании в ультразвуковой ванне; Этот процесс обычно занимает 20 мин. Поместите раствор внутри делительной воронки.
  3. Внутри два-образного выреза, круглое дно колбы,растворения 13,1 г 2-хлорциклогексанона в 15 мл сухого дихлорметана с помощью магнитной мешалки в атмосфере газообразного азота. Продолжайте размешивать.
  4. Установить делительную воронку, содержащую раствор 3-хлорпербензойной кислоты (со стадии 1.2) в двухгорлую колбу на шаге 1.3. Промыть систему с газообразным азотом. Регулировка открытия делительную воронку так, чтобы раствор хлорпербензойной кислоты падает по каплям в раствор 2-хлорциклогексанона (1 капля каждый второй) и продолжают перемешивание смеси при газообразного азота в течение 96 ч.
  5. Реакционную смесь охлаждают до -20 ° С в течение 1 ч для осаждения м -chlorobenzoic кислоты (м -CBA) побочный продукт.
  6. Фильтр м -chlorobenzoic кислоты (м -CBA) и промыть Оставшийся раствор с насыщенными растворами тиосульфата натрия, бикарбонат натрия и хлорид натрия.
  7. Растворитель удаляют при пониженном давлении с использованием роторного испарителя при 850 мбар и 40 ° C. Очищает бледно-желтое вязкое жидкое мылоИдентификатор путем перегонки при пониженном давлении при 2,3 Торр и 96 ° С.
  8. Монитор успех синтеза с использованием следующих 1 Н - ЯМР пики. 1 H ЯМР (400 МГц, CDCl 3, δ [м.д.]): 4.75-4.68 (м, 1H, C H ClCO), 4.37-4.26 (м, 1Н, С Н 2 О), 4.18-4.05 (м, 1H , С Н 2 О) и 2.06-1.58 (м, 6Н, Н 2 -С -) 6, 27.

2. Синтез α-Три-рука звезда блок - сополимер (СКИ-αCl) с помощью кольца сополимеризации открытия (Шарма и др. 6 и Амсден и др. 29)

  1. Перед синтезом, silanize 20-мл ампулу, заполняя его с 2% (об / об) раствора 1Н, 1Н, 2Н, 2Н-perfluorooctyltriethoxysilane в толуоле и перемешивают в течение примерно 24 ч. Полоскание с изопропиловым спиртом и высушить его, поместив его в печи при температуре 140 ° С в течение 30 мин.
  2. Добавить 30,64 г дистиллированной -капролактона, 0,5 г α-хлор-е-капролактон, и 0,25 мл глицерина в ампуле. Смешайте использование вихря в течение 1 мин.
  3. Добавьте 4,90 г D, L- -lactide к ампуле и продувают его азотом. Поместите ампулу в печи при температуре 120 ° С , чтобы расплавить D, L -lactide; Этот процесс обычно занимает около 2 часов. Смешайте еще раз , используя воронку , чтобы убедиться , что все содержимое тщательно перемешивают и добавляют 66 мкл олова (II) , 2-этилгексаноат (Sn (Oct) 2) в ампуле.
    Примечание: D, L -lactide будет остывать в течение этого процесса , и необходимо будет повторно нагревают в печи для плавления.
  4. Энергично перемешайте в последний раз, используя воронку и промойте азотом.
  5. Закройте ампулу с резиновой пробкой. Поместите иглу, соединенный с вакуумной трубкой (дом вакуум обычно достаточно) через резиновую пробку. Включите вакуум и, используя пламя, расплавить длинную шею стекла, не скручивания медленно до гдеваха падает на себя. Будьте осторожны, чтобы не расплавить резиновую пробку. После того, как ампула запаянные, поместить его в песчаной бане, печи, или соответствующий нагревательный элемент при 140 ° С в течение 48 ч.
  6. Возьмите ампулу и дайте ему остыть при комнатной температуре.
  7. Перерыв ампулу на запечатанной марке и растворяет высоко вязкую жидкость при добавлении 10 мл дихлорметана. Переносят раствор в делительную воронку.
  8. Готовит колбу, содержащую 100 мл холодного метанола (охлажденный с помощью сухого льда / ацетоном, при температуре около -78 ° С). Закрепить делительную воронку (этап 2.7), в верхней части колбы. Регулировка открытия делительной воронки так, что около двух капель падают каждые другие вторые (по каплям).
  9. Собирают белый осадок путем фильтрации (с помощью бумажного фильтра) и высушить в вакуумной печи между 50 и 60 ° C.
  10. Монитор успех синтеза с использованием следующих 1 Н - ЯМР и ИК-пиков. 1 H ЯМР (400 МГц, CDCl 3, Δ [м.д.]): 5.29-5.03 (м, КОК Н С Н 3), 4.43-4.25 (м, C H Cl), 4.24-4.12 (м, С Н 2 О), 4.11-4.03 (т, J = 4,6 Гц, С Н 2 О), 3.80-3.68 (м, C H C H 2), 3.09-2.64 (широкий, S, O Н), 2,39 (т, J = 4,5 Гц, α- Н), 2,33 (т, J = 5,1 Гц, α- Н) и 1.77-1.25 (м, С Н 2, С Н 3); ИК-Фурье (1 / λ [см - 1]): две тысячи девятьсот тридцать два (с), 2869 (м), одна тысяча семьсот сорок-одна (с), 961 (с), 866 и 735 (м) 6, 27.
    Примечание: Для получения более гидрофильный 3D LCE, подготовить линейный блок-сополимер (LBC) вместо SBC, следуя процедуре открытия кольца сополимеризации (ROP), описанной выше.
    1. Добавить 0,3 г полиэтиленгликоля (ПЭГ), 3,15 г -капролактона, 1,0 г α-хлор-е-капролактон, и 5,0 г D, L-лактида к силанизированного флакона смеси.

    3. Синтетический Модификация альфа-Cl-Три Arm SBC с 3 -три ап Arm SBC (SBC-ап 3) ( В соответствии с Шарма и др. 6)

    1. В круглодонную колбу в атмосфере азота, растворяют 5 г SBC-αCl в 30 мл сухого N, N - диметилформамид N».
    2. Добавьте 0,22 г азида натрия и позволяют реагировать в течение ночи при комнатной температуре.
      Внимание: азид натрия токсичен; носить соответствующую защитную одежду (СИЗ).
    3. Удалите N, N»диметилформамид при пониженном давлении с использованием роторного испарителя при 11 мбар и 40 ° C. Растворить смесь в 30 мл толуола. Центрифуга раствор трижды при 2800 х г в течение 15 мин, чтобы удалить соль, образованную. Упаривает толуол при пониженном давлении с использованием роторного испарителя при 77 мбар и 40 ° C.
    4. Монитор успеха замещения азида с использованием 1 Н - ЯМР и ИК-пиков.
      ЗАМЕТКА: -1]): 2928, 2108 (с, азид), 1754 (с), +1450 (с), 960 (м), 865 (с), 733 (с), и 696 (м).

    4. Синтез 5-холестерина и Hexynoate (ЖХ общие) ( В соответствии с Шарма и др. 6 и Donaldson и др. 30)

    1. В круглодонную колбу, смесь 3 г 5-hexynoic кислоты и 130 мл дихлорметана. Смесь охлаждают до 0 ° С на бане со льдом.
    2. В другом круглодонную колбу, смесь 8,28 г N, N - дициклогексилкарбодиимид N», 10,3 г холестерина и 0,2 г 4-диметиламинопиридина.
    3. Передача по каплям раствора кислоты 5-hexynoic в колбу, содержащей смесь холестерина и поддерживать конечную смесь при температуре 0 ° С в течение 1 ч.
    4. Разрешить смесь нагревали до комнатной температуры в течение ночи. Удалить полученный осадок дициклогексилмочевины путем фильтрации с использованием бумажного фильтра класса 415 и выбросить его.
    5. Фильтрат концентрируют при пониженном давлении с использованием роторного испарителя при 850 мбар и 40 ° C. Растворите собранный остаток в 150 мл гексана.
    6. Выпаривают растворитель при пониженном давлении с использованием роторного испарителя при 335 мбар и 40 ° C. Добавьте 350 мл этанола к маслянистому остатку собрать конечный продукт. Промыть офф-белое твердое вещество с этанолом и сушат твердый продукт под вакуумом при 50 ° C.
    7. Монитор синтеза с использованием следующих 1 Н - ЯМР и ИК-пиков. 1 H ЯМР (400 МГц, CDCl 3, δ [м.д.]): 5,39 (д, J = 4,7 Гц, 1H, CH = C), 4.70-4.58 (м, 1H, C H OCO), 2,44 (т, J = 2,5 Гц, 2H, CH 2 СО), 2,34 (м, 2H, CH2 - C = Н), 2,31 (м, 2H, CH 2 СН2 - СОО), 2,28 (с, 1H, ЧАСС ≡), 2,27 (д, J = 2,3 Гц, 2H, ≡CC Н 2), 2.07-1.06 (м, 2H, CH 2, CH), 0,94 (с, 3H, CH 3), 0,89 (д, J = 1,8 Гц, 3H, CH 3 C H), и 0,88 (д, J = 1,8 Гц, 6H, CH 3 -C Н), 0,67 (с, 3H, CH 3). ИК-Фурье (1 / λ [см -1]): 2,830-2,990 (широкий и сильный пик), 2104 (м), 1695 (с), 1428 (м), 1135 (м), 999 (с), 798 (с), и 667 (с).

    5. Синтетический Модификация a-N 3 -три рычаг СБК с альфа-холестерил-три рукоятки СБК (SBC-αCLC) через азид-Алкин Huisgen цикло-аддитивной реакции ( «Нажмите» Реакция) , чтобы получить SBC-ХОЛ (По Шарма и др. 6)

    1. В круглодонную колбу, растворить 1 молярный эквивалент СБК-3 ап (1,5 г) в 100 мл свежеперегнанного тетрагидрофурана (ТГФ). Добавить 1,2 молярных equivalenт холестерилпропионата 5-hexynoate (1,94 г), 0,1 молярный эквивалент меди (I) иодида (0,06 г), и 0,1 молярный эквивалент триэтиламина (0,03 г). Смесь перемешивают в течение ночи при 35 ° С в атмосфере азота.
    2. Выпаривают растворитель при пониженном давлении с использованием роторного испарителя при 357 мбар и 40 ° C.
    3. Растворить остаточную смесь в 80 мл дихлорметана и центрифугируют в течение 5 мин при 2800 х г при комнатной температуре, чтобы удалить непрореагировавшие материалы и побочные продукты.
    4. Монитор синтеза с использованием следующих 1 Н - ЯМР и ИК-пиков. 1 H ЯМР (400 МГц, CDCl 3, δ [м.д.]): 7,54 (с, СН = С-триазола), 5.43-5.34 (м, С = СН холестерина), 5.10-5.06 (м, COCHCH 3), 4,68 -4,55 (м, O-СН холестерин), 4.24-4.19 (м, СН 2 О), 4.18-4.13 (т, J = 5,0 Гц, СН 2 О), 4.11-4.05 (т, J = 4,4 Гц, СН 2 О), 2.47-2.41 (т, J = 4,9 Гц, СОСН 2), 2.31-2.25 (м, СОСН 2), 2.07-1.02 (м, СН 2 3), 1.05-1.03 (с, СН 2, СН 3), 0.96-0.92 (д, J = 3,3 Гц, СН 2, СН 3), 0.91-0.87 (дд, J = 1,9 Гц, J = 1,8 Гц, СН 3), и 0.71-0.68 (с, СН 3). ИК-Фурье (1 / λ [см - 1]): 3260 (с), 2920 (с), 1710 (с), 1460 (с), 1370 (с), 1240 (м), 1190 (с), 733 (ы), и 668 (с).

    6. Синтез 2,2-бис (1-капролактон-4-ил) пропан (сшивающий агент, ППГ) ( В соответствии с Гао и др. 27 и Альбертссон и др. 31)

    1. В круглодонную колбу, приготовить раствор, содержащий 10,8 г 2-бис (4-гидрокси-циклогексил) пропан и 52 мл уксусной кислоты.
    2. Готовят раствор, содержащий 11 г триоксида хрома в 50 мл уксусной кислоты и 8 мл дистиллированной воды. Добавьте этот раствор по каплям к раствору , полученному на стадии 6.1, поддерживая температуру смеси между 17 и 20 ° C (например, вводяная баня); этот процесс по каплям занимает 2 ч. После того, как процесс будет завершен, чтобы раствор перемешивают в течение примерно 30 мин.
    3. Добавляют 50 мл 2-пропанола. Раствор перемешивают в течение ночи при комнатной температуре.
    4. Концентрируют темно-фиолетовый раствор при пониженном давлении с использованием роторного испарителя при 137 мбар и 40 ° C. Добавить 300 мл дистиллированной воды для осаждения; осадок должен быть светло-фиолетового цвета.
    5. Фильтрате сырого продукта с помощью бумажного фильтра класса 415. Промывают твердое вещество с ~ 250 мл дистиллированной воды или пока твердое вещество становится белым.
    6. Растворите твердый материал в 15 мл бензола при температуре 40 ° C, и пусть он рекристаллизация при температуре 25 ° C.
    7. Добавьте 8,34 г сухого дикетона, растворенного в сухом дихлорметане и раствор, содержащий 6,0 г 3-хлорпербензойной кислоты в 75 мл дихлорметана в колбе.
    8. Нагревание с обратным холодильником раствора при 40 ° С в течение 24 ч.
    9. Реакционную смесь охлаждают до -20 ° С в течение 10 мин для осаждения м
    10. Удалить м -chlorobenzoic кислоты путем фильтрации ( с использованием бумажного фильтра) и концентрируют раствор при пониженном давлении.
    11. Промыть вискозного сырой продукт с 200 мл 2-гептанона и сухой осадок под вакуумом при 50 ° С в течение ночи.
    12. Монитор синтеза с использованием следующих 1 Н - ЯМР и ИК-пиков. 1 H ЯМР (400 МГц, CDCl 3, δ [м.д.]): 4.42-4.37 (дд, J = 14,2, 7,4 Гц, 2H, CH 2 OC = O), 4.21-4.15 (т, 2H, J = 11,3 Гц, C H 2 OC = O), 2.80-2.75 (ддт, J = 14,3, 6,5, 1,6 Гц, 2H, CH 2 COO), 2.63-2.57 (тт, J = 13,3, 2,1 Гц, 2H, CH 2 СОО), 2.04-1.93 (m, 4H, -C Н 2 СН 2 OC = O), 1.70-1.56 (м, 4H, -С 2 Н С Н 2 СОО), 1,48-1,38 (м, 2H, - C H С (СН 3) 2), и 0,84 (с, 6H, CH 3 С-).
      13. 7. Создание пористых 3D эластомерных строительные леса , используя либо гексаметилендиизоцианат (HDI) или 2,2-бис (1-капролактон-4-ил) пропан (BCP) 27 в качестве сшивающих агентов ( В соответствии с Гао и др. 27)

      1. Подготовьте три рычага эластомерной смеси с использованием 0,75 г SBC-αCLC добавлением 0,25 мл HDI (или 0,45 мл ППГ) и 0,24 мл дистиллированной ε-капролактона мономера. Добавить 60 мкл Sn (Oct) 2. При использовании BCP вместо HDI, смешать SBC-αCLC и BCP с помощью вихря и поместить их в сушильном шкафу при 140 ° С до тех пор, пока ППГ полностью плавится и растворяется (этот шаг может занять до 2 часов). После того , как ППГ растворится, вынуть из печи и, в Sn (Oct) 2, и вихрь.
      2. Подготовка «жертвенный» шаблон пеноникеля путем разрезания 1 х 4 см металлической детали. Ролл его от одного из коротких концов так, чтобы конечный рулон приблизительно 1 х 1 см кусок металла (смотри рисунок 4).
        3. <литий> Поместите пену никеля в упаковке из фольги стекла флакона или алюминия и вылить смеси, полученные на стадии 7.1, чтобы полностью покрыть пену в течение 2 мин. Удалить излишки смеси с пипеткой Пастера. Оставьте его в печи в течение ночи при 80 ° C.
      3. Лупиться алюминиевую фольгу или разбить стекло. С помощью лезвия бритвы, бритье эластомера вокруг металлической пены подвергать металлический никель.
      4. Подготовьте 1 М железа (III) хлорид (FeCl 3) раствор в 100 мл воды. Поместите пену в колбу и добавляют 70 мл раствора FeCl 3. Перемешивают в течение трех дней при комнатной температуре и изменить решение FeCl 3 каждый день. Перед каждым изменением, перемешать пену с ионизированной водой в течение 0,5 ч.
        Примечание: Процесс травления обычно завершается через три дня. Для того, чтобы гарантировать, что процесс травления завершен, выполнять тактильные испытания на сжатие до пены не чувствовать себя мягкой. устойчивость пены к тактильных испытаний на сжатие указывает на наличие шаблона остаточного металла.
      5. Промыть ELASTгомор пена с этанолом и место в вакуумной печи в течение ночи при 40 ° C.
      6. Охарактеризуйте материалов с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), механические испытания сжатия и термогравиметрический анализ (ТГА) 27.
        Примечание: Для получения более гидрофильный 3D LCE, замените SBC с LBC (убедившись, что LBC также содержит LC-фрагмент) в соответствии с шагами, описанными в пункте 7.5.

      8. Посев эластомерных строительные леса с SH-SY5Y клеток нейробластомы и культура Использование стерильности

      1. Стерилизация эластомера путем промывки его дважды с 1 мл 70% -ного этанола. Выполнение УФ-облучение в течение 10 мин и промывают 1 мл 70% этанола. Промыть дважды с 1 мл стерильной воды и 1 мл фосфатно-солевого буфера (PBS). Поместите эластомеры в 24-луночные культуральные планшеты.
      2. Готовлю среду для роста клеток для SH-SY5Y, содержащего 90% Дульбекко модификации Дульбекко (DMEM) supplem10 подарил% фетальной бычьей сыворотки (FBS) и 1% пенициллина-стрептомицина (Pen-Strep).
      3. После подсчета клеток с использованием гематоцитометр, подготовить 1,5 х 10 5 SH-SY5Y клетки суспендируют в 100 мкл среды роста (семян раствора). Добавить раствор поверх эластомеров, убедившись, что для образования капли.
      4. Инкубируйте семенами эластомеры при 37 ° С и 5% CO 2 в течение 2 ч , чтобы способствовать адгезии клеток. Добавить 0,5 мл ростовой среды. Инкубируйте снова при 37 ° С с 5% CO 2.
      5. Изменение среды через день после мытья с 1 мл PBS.

      9. Микроскопическая Визуализация эластомерных Construct

      1. Закрепить клетки, выращенные на эластомеров с 4% параформальдегида (PFA) в PBS в течение 15 мин. Промыть 3 мл PBS три раза в течение 5 мин каждых и поместить эластомер с фиксированными клетками в культуральной чашке с прикрепленным покровным.
        Внимание: ПФ является токсичным. Используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ).
      2. станцияв фиксированных образцах с 0,1% 4' , 6-диамидино-2-фенилиндолы (DAPI) в 500 мкл PBS в течение 10 минут и промыть в два раза с 1 мл PBS в течение 5 мин.
      3. Сразу изображение эластомеры с использованием конфокальной микроскопии с DAPI флуоресценции, приобретая изображения стеки, которые охватывают образец.
        Примечание: При этом изображения стеки были приобретены с использованием объектива 20X и 60X цели.
      4. Анализ стеки оптических конфокальных изображений с использованием ImageJ 32.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Этот отчет показывает способ получения пористой 3D LCE в качестве каркаса для культуры клеток с использованием шаблона никель-металл. Полученный 3D ХПЛ демонстрирует сложную взаимосвязанную сеть каналов , что позволяет легко клеточной инфильтрации, а также более подходящее массоперенос 27. Было обнаружено, что клетки способны проникать полностью взаимосвязанную сеть каналов, а также возможность для выравнивания в LCE. Здесь, металлический никель пены (99% Ni, плотность 860 г / см 2) был выбран после аналогичного подхода к подготовке пены графеновом ранее сообщал кунг и соавт. 22. Металлическая пена полимер литье, со всеми металлическими стойками полностью покрыты. Выбор размера металлической пены и плотность имеет важное значение, так как она придает окончательную морфологию LCE и может помочь в имитации среды интересующей ткани.

D, L - лактида (рисунок 2). Конечный продукт представляет собой гидрофобные 3-руку СКИ. СБС с 4 и 6 рук, изготовленных путем замены узла глицерина с пентаэритрита и дипентаэритрита, соответственно, были ранее сообщалось 18. Для более гидрофильной SBC, центральный узел был заменен оксидом oligoethylene (см ноты протокола). Однако замена глицерина с результатами оксида oligoethylene в линейном блок - сополимере 27. Мы использовали модифицированный синтез из Юнес и соавт. 29. Модифицированная версия позволяет использование модифицированных е-саprolactone с галогеновой группой в двух различных положениях, альфа и гамма к карбонильной 6. После того, как формируется СБК, модифицированный блок-ε-капролактон страдает смещение атома галогена с азидом группой. Смещение группы галогена по группе азида подтверждается появлением 2100-см - 1 полоса , с использованием нарушенного полного отражения (ATR) FT-IR (рисунок 3). Группа азид позже используется, чтобы ковалентно присоединить LC фрагмент (холестерил- hexynoate) к звезде блок-сополимера с использованием алкинов-азида реакции циклоприсоединения Huisgen (также известный как «реакции нажмите»), получая конечную звезда блок-сополимера со стороной -цепь блок холестерина подвесного (СКИ-Хол). Формирование триазола кольца подтверждается исчезновением 2100-см - 1 группы и появления синглета наблюдается при 7.30 м.д. в спектрах ЯМР 1 Н (рис3). Мы недавно сообщили о влиянии размещения галогеновой группы либо альфа (α -Br) или гамма (γ-Cl) к карбонильной на функционализованный ε -CL 6. Следует отметить , что замена центрального узла в SBC-сополимерах с 4-рычажными и 6-рычажными центральными ядрами оказывает влияние на механических свойствах полученной LCEs , поскольку центральные узлы служат в качестве оба инициаторов и внутренней сшивающих 18 ,

После того, как СКИ-Хол был подготовлен и полностью охарактеризован, процесс сшивания с использованием шаблона металла является последним шагом для приготовления пены. СБК-Хол смешивали с гексаметилендиизоцианатом (HDI, сшивающий), е-капролактоном, и Sn (Oct) 2 (ROP катализатором, смотрите стадию 7.1). Бис-капролактон (ППГ) сшивающий был заменен HDI, как сообщалось ранее. Металлическая пена режет и форму до требуемого FОРМ (Рисунок 4). Два пути для приготовления пены, а именно первичной пористости (LCEF PP) и первичной / вторичной пористости (LCEF Р + SP), которые были ранее. Здесь LCEF Р + SP, или «окунание,» метод, представлено, где шаблон никеля быстро погружает в полимерной смеси. Металлическая пена размещена внутри контейнера, изготовленный из алюминиевой фольги или сцинтилляционного флакона, содержащего полимерную смесь, со всеми металлическими стойками полностью погруженных в полимерной смеси. Полимерная смесь избытка тщательно удалена. Этот шаблон никель полимер покрытые помещают на ночь, все еще внутри контейнера, в сушильном шкафу при 80 ° С. Сшивание осуществляют в присутствии катализатора в течение примерно 2 ч. После завершения процесса сшивания, шаблон никелевого полимера покрытых удаляются из контейнера с отшелушивающими алюминиевой фольгой или разорвать стеклянный контейнер. Избыток полимера тщательно выбриты из полимера, покрытые никелем Templели , чтобы выставить края шаблона никеля и помещены внутри контейнера с помощью насыщенного раствора FeCl 3 (рисунок 5). Через несколько часов, никель практически полностью удален, и только ХПЛИ пены промывают деионизированной (DI) вода , чтобы исключить раствор никеля / FeCl 3. ХПЛ пена снова помещают в контейнер с насыщенным раствором FeCl 3 и промывают деионизированной водой еще два раза. После того , как процесс травления является полным и весь шаблон никеля полностью устранен, ХПЛИ пена показывает взаимосвязанную сеть каналов с углублениями распорок (рисунок 6). На фиг.6 показана внутренняя морфология ХПЛ пены , наблюдаемые с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM). В ХПЛ пена распорка является полой, а общая регулярной морфология зависит от шаблона никеля пены.

Ранее использование BCP требуется несколько шагов, чтобы сохранить его в Солуции (т.е. растопленное), потому что ППГ начинает рекристаллизации , как только раствор остывает на несколько градусов (от 140 ° C до комнатной температуры , чтобы добавить Sn (Oct) 2; смотри стадию 7.1). Это делает манипуляции с металлической пеной и полимерной смеси оспаривания перед сшиванием. Использование HDI в качестве сшивающего позволило на некоторое время быстрее сшивающего чем при использовании BCP. ППГ является твердым при комнатной температуре, с температурой плавления 140 ° С, в то время как ИРЧП представляет собой жидкость при комнатной температуре. Выбор сшивающих напрямую влияет на время подготовки и, как в нашем случае, снижение температуры сшивания от 140 до 80 ° C, а также сокращение подготовки эластомера.

В LCE пенопласты были протестированы с использованием сжатия-деформации (Movie 1). Уменьшение размера LCE 70% наблюдается, при отсутствии эффекта от габаритных размеров. После освобождения от сжатия LCE, она полностью восстанавливает свою первоначальную SHape и размер. Считаются , что присутствие жидкокристаллических остатков в LCE материале имеет решающее значение, так как эластомеры готовили в тех же условиях без холестерина й - капролактона блока не восстановить свою первоначальную форму и упали в себя.

После того, как LCE пены были получены, они были готовы к затравке нейробластомы (SH-SY5Y) с использованием стандартных методов культивирования клеток. LCE пены дважды промывали в 70% этаноле и промывают трижды PBS до посева клеток. В течение 2-3 дней посева клеток, наблюдались клетки прикрепляются к стенкам сети 3D LCE. Для того, чтобы в полной мере изучить прикрепление клеток и расширение в пределах сети LCE, клетки фиксировали в течение 30 дней (фигура 7). Клетки фиксировали, окрашивали DAPI и визуализируют с помощью конфокальной микроскопии. Было обнаружено, что клетки получили широкое распространение, смежный и расширена широко охватывают эшафот сеть 3D LCE. В дальнейшемБолее того, детальный анализ показал ядра клеток удлинения, которые в большинстве случаев не влияют на криволинейных участках строительных лесов сети 3D LCE. Удлинения клеток также могут быть соотнесены с выравниванием клеток и, скорее всего, результат смектической А-фазовой характеристикой LCE представленным. Это было ранее отмечено в С2С12 клетках , выращенных в течение 14 дней 27. В этом исследовании мы показали, что клетки продолжают размножаться в течение более чем 14 дней; это не ограничивается только С2С12 клеток. Использование LCE пен может быть расширена практически в любой клеточной линии. Клетки, растущие на 3D LCE пены, как строительные лесах выгоды от более высокой эффективности массопереноса по сравнению с 2D каркасов. В 2D-подмостей, клетки обычно растут в слоях, на вершине друг друга. Клетки, растущие на верхних слоях являются только те, которые имеют полный доступ ко всем питательным веществам, газа и удаление отходов (масса транспорт). Клетки в пределах нижних слоев не могут получить доступ питательных веществ, и существует более высокая степень клеточного гeath в этом случае. В 3D каркасов, клетки имеют более эффективный (по сравнению с 2D каркасов) доступ к питательным веществам, факторам роста и газам, что позволяют долгосрочные клеткам и регенерации тканей исследований. Управление отходов клеток (удаление отходов) с использованием 3D-LCE пенообразных строительных лесов также является более эффективным, чем в 2D каркасов. Пористость (и / или другие структурные свойства) из LCEs позволяют быстро перенос массы и повышенной нагрузке клеток по сравнению с менее пористыми (или другими) матрицами, что позволяет средствам массовой информации и доступу к сотовому центральным областям матрицы. Эта LCE платформа перестраиваемый для поддержки роста многих видов первичных и иммортализованных клеточных линий, в том числе мышц, нервов и кожи, среди других, а также систем многоклеточных культуры. По сути, это один из преимуществ платформы, так как он может быть использован для выращивания различных типов и систем клеток в течение длительных периодов времени. Кроме того, способность к росту нескольких слоев клеток в конструкции более тесно EmulATES природной среды.

Рисунок 1
Рисунок 1: Общая методика , описывающая подготовку шаг за шагом и характеристику LCE пены. Смотрите раздел протокола для деталей. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

фигура 2
Рисунок 2: Сшивание схема 3-SBC руки. Схема сшивания SBC-3 с использованием рычага biscaprolactone или HDI в качестве сшивающих агентов в присутствии никелевого шаблона металла для приготовления пены, как показано LCEs. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этого FIGUчисло рейнольдса

Рисунок 3
Рисунок 3: Схема 1,2,3-триазола формирования (успешно «нажмите кнопку» реакции) с последующим 1 H ЯМР и FT-IR. Смещение группы галогена по группе азида подтверждается появлением 2100-см - 1 полоса с использованием нарушенного полного отражения (ATR) FT-IR. Формирование триазола кольца подтверждается исчезновением 2100-см - 1 группы и появления синглета, наблюдаемого в 7.30 м.д. в спектрах ЯМР 1 Н. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4: Оптические изображенияразличных форм пены перед сшиванием. Металлической пены режется и форму для желаемой формы, как показано на рисунке. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5
Рисунок 5: Никель пены до (А) и после (B) сшивания. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6
Рисунок 6: ХПЛ пены морфологии , наблюдаемые с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM). Типичные СЭМ изображения LCE пенопластов на основе СБС-(а и б) и LBC основе (с г) с использованием эластомеры Ni-860 в качестве матрицы металла показаны. Стрелки указывают впалые распорки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7
Фигура 7: конфокальная микрофотография , показывающие DAPI-окрашенные ядра клеток SH-SY5Y , прикрепленных к эластомерной пене через 30 дней после посева. 2D изображения были сложены в направлении оси г, и поперечные изображения в XZ - были созданы и YZ -плоскостей. Изображения показывают, что клетки SH-SY5Y (яркие пятна), прикрепленные и расширены в пределах стенки полых каналов в эластомерной пене. Клетки пространственно разложить в несколько слоев , и распространяется на 100 мкм с помощью конструкции (как показано на XZ - и уг -плоскость изображение поперечного секЦИИ). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Фильм 1
Фильм 1: видео изображения деформации и восстановления в LCE рулоне. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы просмотреть это видео. (Щелкните правой кнопкой мыши для загрузки.)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Жидкокристаллические эластомеры недавно были исследованы в качестве биосовместимых каркасов клеток из-за их стимулы к реагированию. Они оказались идеальными платформами, как мобильные строительные леса. Тем не менее, является важным фактором, чтобы иметь в виду при подготовке и разработке нового LCE эшафот пористость. Введение вымываемых твердых веществ или газов 23 не всегда приводит к однородной пористости или полностью соединенных между собой поры. Использование шаблона металла, который может быть выгравирован не только дает возможность иметь более организованную и регулярную внутреннюю структуру, но и позволяет по выбору размера пор и плотности. Это напрямую связано с шаблоном металла , ранее используемого для получения графеновых пен 22. Металлические шаблоны также предоставляют возможность формировать формы до сшивания LCE, что позволяет широкий спектр возможностей для создания сложных и сложных архитектур с регулярной пористостью деподписаны очень похожи эндогенные среды. Пена LCEs получено с использованием этой методики позволяет для улучшенного исследования клеточного материала и, что более важно, пространственные взаимодействия клетки-клетка, подвиг невозможно в двумерный (2D) сред. каркасы 2D клеток не позволяют клеткам свободно взаимодействовать с соседними клетками. Кроме того, клетки обычно растут в монослоя (или непосредственно друг на друга), без полного доступа к пространству для роста и, что более важно, для взаимодействия. Конкретные пространственно взаимодействующие типы клеток, такие как нейроны и глиальные клетки, имеют первостепенное значение при проектировании конструкций в качестве потенциальных имплантат или долгосрочных экспериментальных площадок, предназначенных для отражения живых систем.

Наш модульный, без растворителей синтеза ХПЛ с использованием шаблона металла, представленный здесь, помогает регулировать адгезию клеток путем настройки гидрофобный / гидрофильный баланс путем выбора надлежащего центрального узла и соотношение мономеров 7 27. Это актуально для посева клеток, с тем чтобы избежать дополнительный шага, который включает в себя добавление слоя Матригеля, как правило, делается для развития прикрепления клеток. Количество и размер центрального узла, а также сшивающий, играют решающую роль в окончательном LCE, так как они влияют на тепловые и механические свойства LC эластомеров. Кроме того, это позволяет также настройку скоростей биоразлагаемости, как представлено выше, чтобы соответствовать полной регенерации тканей , как LCE деградирует 6. В настоящее время у нас идут эксперименты с упором на исследования , как тип сшивающего агента, центральное ядро, и замена D, L -lactide для L -lactide влияет на упругие свойства, клеточную адгезию, пролиферацию и выравнивание клеток.

Ограничения этого протокола: (1) ограниченное разнообразие коммерчески доступного металла (никель) пен и их ограниченного диапазона размеров в распорки, (2)Требование, чтобы ХПЛИ или любой другой полимер / эластомерный материал должна химически противостоять условиям металла травления (здесь, An FeCl 3 травлению), и (3) тот факт , что выравнивание ячейки по- видимому, ограниченно жидкокристаллическим модифицированным эластомерам сообщенных здесь (родительские без LCE эластомеры не показывали какого-либо заметного выравнивания клеток).

В заключении, это было ранее показано, что små LCEs может быть получен с использованием модульной процедуры синтеза. Дополнительные биосовместимые LC фрагменты могут быть включены, чтобы исследовать их механические свойства и новые жидкокристаллические воздействия на пролиферации клеток и, в частности, выравнивание клеток. Известно, что механические свойства, в частности, значения модулей Юнга, являются критическими для клеточной адгезии, пролиферации и выравнивания клеток. Результаты здесь показывают, что пористость små LCEs может быть настроена путем использования шаблона металла, чтобы обеспечить эффективный способ контролировать размер пор и адаптировать LCEформа (т.е. общая морфология). Погружение шаблона Ni в SCB полимерной смеси, с последующим травлением шаблона Ni обеспечивает простой подход к новому LCE морфологии. Пена типа LCEs, описанный здесь, обеспечивает клетки (здесь, SH-SY5Y, стандартная модель клеток для изучения функции нейронов) с более реалистичной, 3D-средой для роста и взаимодействия. Разрешение несколько типов клеток расти в нескольких слоях, разбросанных по эластомеру близко имитирует эндогенные нейронные среды и предлагает интригующую возможность проведения более сложных экспериментов 3D культуры ткани. Использование перестраиваемой и динамической LCEs имитировать родную архитектуру прокладывает путь для клеточных моделей следующего поколения для исследования продольного и клинический значимых клеток.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Acknowledgments

Авторы хотели бы поблагодарить Kent State University (совместный грант исследований и поддержку Инициативы по регенеративной медицине в Kent State - ReMedIKS) за финансовую поддержку данного проекта.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Khor, E., Lim, L. Y. Implantable applications of chitin and chitosan. Biomaterials. 24 (13), 2339-2349 (2003).
  2. Chung, H. J., Park, T. G. Surface engineered and drug releasing pre-fabricated scaffolds for tissue engineering. Adv. Drug Deliv. Rev. 59 (4-5), 249-262 (2007).
  3. Yakacki, C. M., Gall, K. Shape-Memory Polymers for Biomedical Applications. Shape-Memory Polymers. 226, 147-175 (2010).
  4. Agrawal, A., et al. Stimuli-responsive liquid crystal elastomers for dynamic cell culture. J. of Mat. Res. 30 (4), 453-462 (2015).
  5. Agrawal, A., Yun, T. H., Pesek, S. L., Chapman, W. G., Verduzco, R. Shape-responsive liquid crystal elastomer bilayers. Soft Matter. 10 (9), 1411-1415 (2014).
  6. Sharma, A., et al. Biodegradable and Porous Liquid Crystal Elastomer Scaffolds for Spatial Cell Cultures. Macromol. Biosci. 15 (2), 200-214 (2015).
  7. Yakacki, C. M., et al. Tailorable and programmable liquid-crystalline elastomers using a two-stage thiol-acrylate reaction. RSC Adv. 5 (25), 18997-19001 (2015).
  8. deGennes, P. G., Hebert, M., Kant, R. Artificial muscles based on nematic gels. Macromolecular Symposia. 113, 39-49 (1997).
  9. Fleischmann, E. -K., Zentel, R. Liquid-Crystalline Ordering as a Concept in Materials Science: From Semiconductors to Stimuli-Responsive Devices. Angew. Chem. Int. Ed. 52 (34), 8810-8827 (2013).
  10. Finkelmann, H., Kim, S. T., Munoz, A., Palffy-Muhoray, P., Taheri, B. Tunable mirrorless lasing in cholesteric liquid crystalline elastomers. Adv. Mater. 13 (14), 1069-1072 (2001).
  11. Artal, C., et al. SHG characterization of different polar materials obtained by in situ photopolymerization. Macromolecules. 34 (12), 4244-4255 (2001).
  12. Camacho-Lopez, M., Finkelmann, H., Palffy-Muhoray, P., Shelley, M. Fast liquid-crystal elastomer swims into the dark. Nat. Mater. 3 (5), 307-310 (2004).
  13. Yamada, M., et al. Photomobile polymer materials: Towards light-driven plastic motors. Angew. Chem. Int. Ed. 47 (27), 4986-4988 (2008).
  14. Ohm, C., Brehmer, M., Zentel, R. Liquid Crystalline Elastomers as Actuators and Sensors. Adv. Mater. 22 (31), 3366-3387 (2010).
  15. Fleischmann, E. -K., et al. One-piece micropumps from liquid crystalline core-shell particles. Nat. Commun. 3, (2012).
  16. Herzer, N., et al. Printable Optical Sensors Based on H-Bonded Supramolecular Cholesteric Liquid Crystal Networks. J. Am. Chem. Soc. 134 (18), 7608-7611 (2012).
  17. Lockwood, N. A., et al. Thermotropic liquid crystals as substrates for imaging the reorganization of matrigel by human embryonic stem cells. Adv. Funct. Mater. 16 (5), 618-624 (2006).
  18. Sharma, A., et al. Effects of structural variations on the cellular response and mechanical properties of biocompatible, biodegradable, and porous smectic liquid crystal elastomers. Macromol. Biosci. , In press (2016).
  19. Bera, T., et al. Liquid Crystal Elastomer Microspheres as Three-Dimensional Cell Scaffolds Supporting the Attachment and Proliferation of Myoblasts. ACS Appl. Mater. Interfaces. 7 (26), 14528-14535 (2015).
  20. Bera, T., Malcuit, C., Clements, R. J., Hegmann, E. Role of Surfactant during Microemulsion Photopolymerization for the Creation of Three-Dimensional Liquid Crystal Elastomer Microsphere Spatial Cell Scaffolds. Front. Mater. 3 (31), (2016).
  21. McKee, C. T., Last, J. A., Russell, P., Murphy, C. J. Indentation Versus Tensile Measurements of Young's Modulus for Soft Biological Tissues. Tissue Eng. Part B Rev. 17 (3), 155-164 (2011).
  22. Kung, C. -C., et al. Preparation and characterization of three dimensional graphene foam supported platinum-ruthenium bimetallic nanocatalysts for hydrogen peroxide based electrochemical biosensors. Biosens. Bioelectron. 52, 1-7 (2014).
  23. Amsden, B. Curable, biodegradable elastomers: emerging biomaterials for drug delivery and tissue engineering. Soft Matter. 3 (11), 1335-1348 (2007).
  24. Sinturel, C., Vayer, M., Morris, M., Hillmyer, M. A. Solvent Vapor Annealing of Block Polymer Thin Films. Macromolecules. 46 (14), 5399-5415 (2013).
  25. Riboldi, S. A., et al. Skeletal myogenesis on highly orientated microfibrous polyesterurethane scaffolds. J. Biomed. Mater. Res. A. 84 (4), 1094-1101 (2008).
  26. Chung, S., Moghe, A. K., Montero, G. A., Kim, S. H., King, M. W. Nanofibrous scaffolds electrospun from elastomeric biodegradable poly(L-lactide-co-epsilon-caprolactone) copolymer. Biomed. Mater. 4 (1), 9 (2009).
  27. Gao, Y. X., et al. Biocompatible 3D Liquid Crystal Elastomer Cell Scaffolds and Foams with Primary and Secondary Porous Architecture. ACS Macro Lett. 5 (1), 14-19 (2016).
  28. Lenoir, S., et al. Ring-opening polymerization of alpha-chloro-is an element of-caprolactone and chemical modification of poly(alpha-chloro-is an element of-caprolactone) by atom transfer radical processes. Macromolecules. 37 (11), 4055-4061 (2004).
  29. Younes, H. M., Bravo-Grimaldo, E., Amsden, B. G. Synthesis, characterization and in vitro degradation of a biodegradable elastomer. Biomaterials. 25 (22), 5261-5269 (2004).
  30. Donaldson, T., Henderson, P. A., Achard, M. F., Imrie, C. T. Chiral liquid crystal tetramers. J. Mater. Chem. 21 (29), 10935-10941 (2011).
  31. Palmgren, R., Karlsson, S., Albertsson, A. C. Synthesis of degradable crosslinked polymers based on 1,5-dioxepan-2-one and crosslinker of bis-epsilon-caprolactone type. J. Pol. Sci. A Polym. Chem. 35 (9), 1635-1649 (1997).
  32. Rasband, W. S. ImageJ. , National Institutes of Health. Bethesda, Maryland, USA. Available from: http://imagej.nih.gov/ij/ (2015).

Tags

Биоинженерии выпуск 122 Liquid Crystal эластомеры 3D Пористая Каркасы Клеточные Каркасы Cell Alignment Cell Направленность биосовместимые
Синтез биосовместимых жидкого кристалла эластомерных пен, как Cell Каркасы для 3D-пространственных культур клеток
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Prévôt, M. E., Ustunel,… More

Prévôt, M. E., Ustunel, S., Bergquist, L. E., Cukelj, R., Gao, Y., Mori, T., Pauline, L., Clements, R. J., Hegmann, E. Synthesis of Biocompatible Liquid Crystal Elastomer Foams as Cell Scaffolds for 3D Spatial Cell Cultures. J. Vis. Exp. (122), e55452, doi:10.3791/55452 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter