该协议的目的是展示与Janus碱纳米管(JBNTs)和纤维素(FN)的生物仿生纳米三角星(NM)的组装。当与人类间质干细胞 (hMSC) 共同培养时,NMs 在鼓励 hMSC 粘附方面表现出出色的生物活性。
一种仿生NM被开发为组织工程生物脚手架,可以增强干细胞锚定。生物仿生NM由JBNT和FN通过水溶液中的自组装而形成。JBNT 的长度为 200-300μm,内有疏水空心通道和外部亲水表面。JBNT 带正电荷,FN 收取负费用。因此,当注入中性液态溶液时,它们通过非价粘合粘合在一起,形成 NM 束。自组装过程在几秒钟内完成,没有任何化学启动器、热源或紫外线。当 NM 解决方案的 pH 度低于 FN 的等电点(pI 5.5-6.0)时,NM 捆绑包将由于带正电荷 FN 的存在而自行释放。
众所周知,NM 在形态上模仿细胞外矩阵 (ECM),因此可以用作注射脚手架,这为增强 hMSC 粘附性提供了绝佳的平台。细胞密度分析和荧光成像实验表明,与负控制相比,NMS显著增加了 hMSC 的锚定。
人类间质干细胞(hMSCs)已经显示出沿着不同的间质血统自我更新和自我分化的潜力,这有助于组织1的再生和维持。基于分化潜力,hMSC被认为是间质组织损伤和造血障碍治疗2的候选者。hMSC已经显示出通过增加组织修复,血管生成和减少炎症3促进伤口愈合的能力。然而,如果没有生化或生物材料的帮助,hMSC在预期位置达到目标组织和功能的效率很低。虽然各种工程脚手架已被利用来吸引 hMSC 粘附在病变上,但一些部位(如长骨中间的生长板断裂)不容易被传统的预制脚手架使用,这些脚手架可能无法完全适应不规则形状的受伤部位。
在这里,我们开发了一种生物仿生纳米材料,可以就地自组装,并注射到难以到达的目标区域。注射生物脚手架NM由Janus基纳米管(JBNTs)和纤维素(FN)组成。JBNTs,也被称为罗塞特纳米管(RNTs),来自DNA碱基对,特别是胸腺素和腺苷,这里5,6,7。如图1所见,纳米管形成时,六个分子的衍生DNA碱基对自组装通过氢键形成平面6。然后,六个分子通过强大的 pi 堆叠相互作用7在平面上相互堆叠,长度可达 200-300μm。JBNT 旨在从形态上模仿胶原纤维,以便 FN 能够对它们做出反应。
FN是一种高分子量的胶粘剂糖蛋白,可以在细胞外基质(ECM)9中找到。这些可以调解干细胞附着在ECM的其他成分,特别是胶原蛋白10。我们设计了 JBNT 来形态模仿胶原纤维,以便 FN 能够在几秒钟内通过非价粘接与它们做出反应,形成 NM。因此,NM 是一个有希望的生物脚手架,可注射到传统制造的脚手架无法到达的骨折部位。在这里,注射NM提供了一个极好的能力,以提高hMSC锚定体外,显示其潜力,作为组织再生的脚手架。
在这项研究中,我们开发了一种自组装的仿生NM,它是由DNA启发的JBNT和FN形成的。在准备 JBNT 解决方案时,JBNT 亲血粉应该溶解到水中,而不是 PBS 中,因为 PBS 会导致 JBNT 的聚集,从而抑制其组装。此外,如果我们想要观察NM的纳米纤维结构,NM也应该在水中组装,因为PBS中的盐会与NM纤维捆绑在一起,从而大大降低图像的分辨率。
NM已显示出巨大的潜力,作为一个新的组织工?…
The authors have nothing to disclose.
这项工作由NIH(赠款1R01AR072027-01,1R03AR069383-01)、NSF职业奖(1653702)和康涅狄格大学提供财政支持。
1,2-dichloroethane | Alfa Aesar | 39121 | |
2-cyanoacetic acid | Sigma-Aldrich | C88505 | |
4-Dimethylaminopyridine | TCI America | D1450 | |
8 wells Chambered Coverglass | Thermo Fisher | 155409 | |
96-well plate | Corning | 353072 | |
absolute ethanol | Thermo Fisher | BP2818500 | |
acetone | Sigma-Aldrich | 179124 | |
acetonitrile | Sigma-Aldrich | 34851 | |
allylamine | Sigma-Aldrich | 145831 | |
Basic Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC32G | |
citric acid | Sigma-Aldrich | 251275 | |
concentrated hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | H1758 | |
Deionized water | Thermo Fisher | 15230147 | |
dichloromethane | Sigma-Aldrich | 270997 | |
diethyl ether | Sigma-Aldrich | 296082 | |
Di-tert-butyl dicarbonate | Sigma-Aldrich | 361941 | |
ethyl acetate | Sigma-Aldrich | 319902 | |
ethylcarbamate | Sigma-Aldrich | U2500 | |
Fibronectin | Thermo Fisher | PHE0023 | |
Fixative Solution (4 % formaldehyde prepared in PBS) | Thermo Fisher | R37814 | |
guanidinium hydrochloride | Alfa Aesar | A13543 | |
hexanes | Sigma-Aldrich | 227064 | |
Human mesenchymal stem cells | Lonza | PT-2501 | |
methanol | Sigma-Aldrich | 34860 | |
methyl iodide | Sigma-Aldrich | 289566 | |
N,N-Diisopropylethylamine | Alfa Aesar | A17114 | |
N,N-dimethylformamide | Sigma-Aldrich | 227056 | |
N-Methylmorpholine N-oxide | Alfa Aesar | A19802 | |
Osmium tetraoxide | Alfa Aesar | 45385 | |
Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher | 15140163 | |
Phosphate Buffer Solution | Thermo Fisher | 20012050 | |
phosphoryl chloride | Sigma-Aldrich | 201170 | |
potassium carbonate | Sigma-Aldrich | 347825 | |
reverse phase column | Thermo Fisher | 25305-154630 | |
Rhodamine Phalloidin | Thermo Fisher | R415 | |
silica gel | TCI America | S0821 | |
sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | S6014 | |
sodium ethoxide | Alfa Aesar | L13083 | |
sodium periodide | Sigma-Aldrich | 71859 | |
sodium sulfate | Sigma-Aldrich | 239313 | |
sodium sulfite | Sigma-Aldrich | S0505 | |
sodium triacetoxyborohydride | Alfa Aesar | B22060 | |
spectrophotometer(NanoDrop One/Oneᶜ UV-Vis) | Thermo Fisher | ND-ONE-W | |
Stem Cell Growth Medium BulletKit | Lonza | PT-3001 | |
tetrahydrofuran | Sigma-Aldrich | 401757 | |
thioanisole | Sigma-Aldrich | T28002 | |
toluene | Sigma-Aldrich | 179418 | |
triethylamine | Alfa Aesar | A12646 | |
trifluoroacetic acid | Alfa Aesar | A12198 | |
Triton X-100 | Thermo Fisher | HFH10 | |
Trypsin-EDTA solution | Thermo Fisher | 25200056 |