Method Article

Kardiyak Doku Mühendisliği kılcal Kuvvetleri Litografi

DOI:

10.3791/50039

⸱

June 10th, 2014

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Bioengineering, University of Washington, 2Department of Pathology, University of Washington

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu protokolde, kılcal kuvvet litografisi kullanılarak iki farklı polimerik malzemeden yapılmış biyomimetik kardiyak hücre kültürü substratının imalatını gösteriyoruz. Açıklanan yöntemler, in vitro ve in vivo uygulamalar için makroskopik kardiyak dokuların yapısını ve işlevini tasarlamak için ölçeklenebilir, uygun maliyetli bir teknik sağlar.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kardiyovasküler hastalık, dünya çapında ölüm 1'in önde gelen nedenidir. Kardiyak doku mühendisliği kalp rejenerasyonu hem de in vitro tarama deneyleri için fonksiyonel doku geliştirme amaçları çığır açan tıbbi keşifler sunmak için çok umut vermektedir. Ancak kalp dokusunun yüksek sadakat modelleri oluşturmak için yeteneği zor kanıtlamıştır. Kalbin hücre dışı matris (ECM) nanometre ölçeğinde 2 mikro-değişen hem de biyokimyasal ve biyomekanik sinyallerin oluşan karmaşık bir yapıdır. Mekanik yükleme koşulları ve hücre-ECM etkileşimleri Yerel son zamanlarda kalp doku mühendisliği 3-5 hayati bileşenleri olarak kabul edilmiştir.

Kardiyak ECM büyük bir kısmı bir doku mimarisi ve elektrik kuplajı 2 etkiler nano ölçekli çapları ile uyumlu kolajen liflerinin oluşmaktadır. Ne yazık ki, birkaç yöntem have nanometre ölçeğinde aşağı ECM liflerin organizasyonunu taklit etmek mümkün olmuştur. Nano sentezleme teknikleri son gelişmeler, ancak, kalp 6-9 ECM'nin in vivo yapısal ve alt-tabaka sertliği ipuçları taklit ölçeklenebilir iskelelerinin tasarım ve imalat sağlamıştır.

Burada gelişimini mevcut iki tekrar üretilebilir, düşük maliyetli ve biyo uyumlu polimer, poli (laktid-ko-glikolid) (PLGA) 8 ve bir poliüretan (PU) bazlı bir polimer kullanılarak kalp hücrelerinin işlevsel uyum için ölçeklenebilir nanopatterning işlemleri. Bu izotropik nanofabricated katmanlarından (ANFS) iyi organize, hizalanmış dokuların yatan ECM taklit ve hücre morfolojisi ve fonksiyonu 10-14 nanotopography rolünü araştırmak için kullanılabilir.

Bir şablon olarak nano tel (NP) silikon ana kullanarak, poliüretanakrilat (PUA) kalıp imal edilir. Bu PUA kalıp daha sonra pa için kullanılırsırasıyla UV-destekli veya solvent-aracılı kılcal kuvvet litografi (CFL), 15,16 yoluyla PU veya PLGA hidrojel ttern. Kısaca, poliüretan ya da PLGA ön-polimer, bir cam lamel ve PUA kalıp üzerine yerleştirilir üzerine uygulanan damladır. UV destekli cfl için, PU sonra tedavi için UV radyasyonu (λ = 250-400 nm) maruz kalır. , Çözücünün aracılık ettiği cfl için, PLGA ısı (120 ° C) ve basınçta (100 kPa) ile kabartılır. Sertleştirme sonrası, PUA kalıp hücre kültürü için bir ANFS geride bırakarak sıyrılır. Bu tür neonatal sıçan ventriküler miyositlerde, hem de insan pluripotent kök hücre-türevi kardiyomiyositlerde Birincil hücreler, ANFS 2 üzerinde korunabilir.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kardiyovasküler hastalık dünyada morbidite ve mortalitenin önde gelen nedenidir ve zaten gergin küresel sağlık sistemi, 1,17 üzerinde ağır bir sosyo-ekonomik yükü sunuyoruz. (1) iskemik hastalık veya kardiyomiyopati sonra hasarlı miyokard yeniden veya (2) in vitro ilaç taraması veya hastalık modelleme için kalbin yüksek bir sadakat modeli oluşturmak için: Kardiyak doku mühendisliği iki ayrı hedefleri var.

Kalp vücuda kan sağlamak için sürekli çalışmak gerekir karmaşık bir organdır. Kardiyomiyositlerde ve destekleyici dokuların yoğun şekilde paketlenmiş laminar yapılar kalp duvarı 18,19 boyunca sarmal şablonlara göre düzenlenir. Kalp, aynı zamanda etkin bir şekilde elektro gövdesi 21'e kanı çıkarmak için yüksek koordineli bir şekilde 20 bağlanmıştır. Doğanın karmaşık tasarım güvenilir vitro değinmeyecek önce birkaç önemli engeller, ancak, ele alınması gerekmektedir.Sağlam kardiyomyosit farklılaşma yöntemleri 22 geliştirilmeye devam ediyor olmasına rağmen ilk, hPSC-CMs hala oldukça olgunlaşmamış fenotipleri gösterirler. Onların elektromekanik özellikleri ve morfolojisi en yakından fetal seviyeleri 23 maç. Geleneksel kültür koşullarında muhafaza İkincisi, kök hücre-türevi ve primer kardiyomiyositlerde hem doğal, doku benzeri yapılar halinde birleştirmek için başarısız. Bunun yerine hücreler, rasgele yönelimli olmak ve yetişkin miyokard 24'ün bantlı çubuk-şekilli bir görünüm göstermezler.

Hücrelerin etkileşim ile hücre dışı matris (ECM) ortamında çok sayıda hücresel süreçleri 11,13,25 önemli bir rol oynamaktadır. ECM önemli hücre 6,26 yapısını ve işlevini etkileyen karmaşık, iyi tanımlanmış moleküler ve topografik ipuçlarının oluşur. Kalp içinde, hücresel hizalama yakından yatan nanometre ölçekli ECM lifleri 2. izler. Bu nanotopograph etkisihücre ve doku işlevini üzerinde iCal ipuçları, ancak, uzak tamamen anlaşılmış değil. Nanometre ölçekli hücre-biyomateryal etkileşimi ön çalışmalar, 27 sinyalizasyon hücre, yapışma 28-30, büyüme, 31 ve farklılaşma 32,33 sub-mikron topografik ipuçlarının potansiyel önemini ve etkisini gösterir. Ancak, tekrarlanabilir ve ölçeklenebilir nanofabricated substratlar gelişmekte zorluk, bu tür çalışmalar, in vivo ECM ortamda kompleksinin çok ölçekli hücresel etkilerini yeniden olamazdı. Bu protokol, doğal kardiyak ECM fiber hizalama taklit eden hücre kültür yapı iskelesi üretmek için basit ve düşük maliyetli bir teknik nanofabrication kardiyomiyosit-biyomalzeme etkileşimlerinin yeni araştırmalar geniş bir yelpazede sağlayan, tarif edilmektedir. Kardiyomiyositler nano ECM çevre ile etkileşim nasıl anlamak daha yakından taklit yerli doku fonksiyon hücresel davranışını kontrol yeteneği için izin verebilirtion. Bundan başka, hücre tekli-tabakaları 3D yapıları ile karşılaştırıldığında basitleştirilmiş bir deneysel sistem ama yine de anlaşılır araştırma ve fonksiyonel tarama 2,34-36 için karmaşık çok-hücresel davranışı sergiler. Son olarak, iskeleler rejeneratif amaçlı 37 için kalp içine implante zaman hücresel greft fonksiyonunu artırmak için kullanılan olabilir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Aksi belirtilmediği sürece tüm işlemler, oda sıcaklığında (~ 23 ° C) gerçekleştirilir.

Silikon Master 1. Fabrikasyon

  1. O 2 / N 2 gaz altında% 100 etanol veya ksilen ve kuru temiz silikon gofret.
  2. Bir 0.3-0.5 mikron kalınlığında bir film üretmek için 2000-4000 rpm dönüş hızında spin-lak silikon gofret yerleştirin.
  3. Bir fotolitografi sistemi kullanılarak Pattern doğru boyutları ile filmin fotorezist
  4. Tam fotorezist geliştirme çözeltisinin uygun bir hacmi içinde desenli fotorezist kaplanmış silikon gofret bırakın.
  5. Iyonu giderilmiş su ile geliştirilmiş fotorezist kaplanmış silikon gofret durulayın.
  6. Yakın dikey yan duvarları, derin reaktif iyon etche bir aşındırma sistemini kullanarak maruz silikon ile alt-mikron ölçeği sırtlar dizileri oluştururlar.
  7. Bir plazma asher sisteminde silikon gofret yerleştirilerek kalan fotorezist çıkarın.
  8. W silikon Cutsonraki çoğaltma kalıplama için uygun büyüklükte silikon ustaları içine bir elmas uçlu kesici ile afers.

Silikon Master PUA Kalıp 2. Fabrikasyon

NOT: nano fabrikasyon için silikon ana eklenecek Volume poliüretan akrilat (PUA) çözeltisi viskozitesi gibi çoğaltılması için nano tel ana alanına bağlı olarak değişecektir.

  1. % 100 etanol ya da O 2 / N 2 gaz altında ksilen ve kuru temiz silikon ana yüzey.
  2. Bir Petri kabındaki silikon ana desen tarafı yukarı bakacak şekilde yerleştirin.
  3. 2 cm x 2 cm yüzey model, model yüzeyine PUA pipetle 40 ul bir silikon ana için.
  4. 4 cm tevzi PUA üzerinde x 4 cm saydam polyester (PET) film, bir yaprak yerleştirin.
  5. Aşağı PET kağıda basın ve böylece (örneğin bir kart gibi) bir rulo veya düz kenarlı yüzey kullanarak desen yüzüne levha altında PUA yayıldı tümmodel PUA ön-polimer ile kaplıdır.
  6. 50 saniye boyunca yaklaşık olarak 10 cm bir 20 Watt (115 V) UV ışığına (λ = 365 nm) altında silikon ana, Prepolimeri ve PET yerleştirin. Etkili olabilmesi için, UV ışık dalga boyu 310-400 nm arasında herhangi bir yerde olabilir. Işığın yoğunluğu, substratın yüzeyinde 10-15 mW / cm 2 'dir.
  7. Sertleştikten sonra, forseps ile yavaşça PET filmi çıkarın. PUA silikon ana nanopattern bir negatifi ile PET film eklemek gerekir.
  8. Kullanımdan önce en az 12 saat boyunca UV altında PUA / PET nanopatterns Cure. Aşırı pozlama bir sorun değildir.
  9. Silikon ustaları temizlemek için, PUA ilavesi olmadan ana üstüne PET'in başka bir film yer ve 50 saniye boyunca UV ışığı (λ = 365 nm) maruz ve PET filmi çıkarın. Bu, herhangi bir reaksiyona girmemiş monomerler kaldırır.
  10. O 2 / N 2 gaz altında% 100 etanol veya ksilen ve kuru ile silikon ana durulayın.

3a. Poliüretan polimer Nanopatterning

  1. 10 dakika boyunca, bir ozon işleme odası içinde yerleştirilmesi ile 25 mm çapında yuvarlak bir cam slaytlar hazırlayın.
  2. Kolay kullanım için küçük PDMS blok üzerine ozon tedavi cam slaytlar yerleştirin.
  3. Cam slaytlar fırça ile yüzeye yapışma yükseltici ince bir tabaka uygulayın. 30 dakika boyunca hava kuru bir cam kayar.
  4. Yazıcı bir kağıt parçası üzerinde cam slayt yerleştirin.
  5. Cam slayt merkezine pre-polimer (NOA 76) 10 ul poliüretan (PU) dağıtmak bırakın. Kabarcıklar ek sonra mevcut olduğundan emin olun.
  6. Sıra PUA kalıp, desen cam slayt üzerine, yüzüstü. Muntazam PUA kalıp boyunca kauçuk bir silindir merdane yuvarlayarak cam slayt yüzeyine karşı PU dağıtılır. Yazıcı kağıt polimer taşma absorbe edecektir.
  7. Watt UV lamba. PU polimerizasyon zamanı UV kaynağının gücüne bağlıdır.
  8. UV ışık kaynağından gelen bir numune alın ve dikkatli bir PU kaplı cam slayttan PUA kalıp soyma. PU polimerizasyon c kabul ediliromplete uzak temiz numuneden PUA kalıp peeling ve PU cam slayt bir yanardöner bir görünüme sahip olduğunda.
  9. Sürece bir ay olarak depolama için desikatörde tamamladı örnekleri yerleştirin.

3b. Nanopatterning Poli (laktid-ko-glikolid) Hidrojel

  1. Kuvvetli bir 10:01 oranında silikon elastomer taban ve silikon elastomer sertleştirme ajanı karıştırılarak düz PDMS kalıp oluşturma.
  2. (PDMS 5 mm kalınlığında olacak şekilde yani) PDMS öncü yemeğin kenarından 5 mm kadar ulaşır, böylece karışık PDMS bir Petri kabı içine çözüm habercisidir dökün.
  3. Gaz çıkışı için 1 saat boyunca bir kurutucu içinde Petri çanağı ve PDMS öncü yerleştirin.
  4. Tedavi için en az 2 saat boyunca 65 ° C fırın içine Petri çanağı ve PDMS ön-hareket ettirin.
  5. PDMS tedavi edildikten sonra, 3 cm x 3 cm kare bölümler halinde düz PDMS kesmek için bir jilet kullanın. Bu desenleme işleminde sonra kullanılan düz PDMS kalıplar olacak.
  6. Pl tarafından temiz 25 mm çaplı yuvarlak cam slaytlarbir su sonikatöre 30 dakika boyunca, izopropil alkol içinde yüz oluşturma.
  7. O 2 / N 2 gazı altında kuru temizlenmiş cam slaytlar.
  8. Damla PLGA solüsyonu 100 ul dağıtılması cam slayt üzerine (% 15 w kloroform içerisinde PLGA v /).
  9. Çözücü emer ve düz bir PLGA yüzey elde etmek için satış makinası veya ATM PLGA üstüne düz bir PDMS kalıp yerleştirin. 5 dakika boyunca PDMS üstüne bir 200 g ağırlık yerleştirerek bir hafif bir basınç (~ 10 kPa) uygulanır.
  10. Yavaş yavaş düz PDMS kalıp soyma ve çözgen kalıntılarını uzaklaştırmak ve PLGA ve cam kapak arasındaki yapışmayı geliştirmek için, 5 dakika için önceden ısıtılmış bir plaka (120 ° C) üzerine cam kapak yerleştirin.
  11. Düz PLGA üstüne NP PUA kalıp yerleştirin ve PUA kalıp üstünde bir 1 kg ağırlık yerleştirerek sabit bir basıncı (~ 100 kPa) ve ısı (120 ° C) 15 dakika boyunca uygulanır ısıtma plakası üzerinde iken.
  12. PLGA kapak slayt ağırlık kaldırmak ve katmanlarından oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin. Katmanlarından kanıtlanıncaya kadar PUA kalıp çıkarmayınsoğutuldu.
  13. Katmanlarından yeterince soğutulduktan sonra, dikkatlice NP PLGA alt katmanı ortaya, NP PUA kalıp soymak. NP PLGA taban bir yanardöner bir görünüme sahip olmalıdır.
  14. Sürece bir ay olarak depolama için desikatörde tamamladı örnekleri yerleştirin.

4. Hücre Tohum ve Kültür

Not: Bu protokol, neonatal sıçan ventriküler miyositlerde (NRVMs) ve H7 insan embriyonik kök hücre türetilmiş kardiyomiyositler (HESC-cm), ancak diğer hücre kaynaklarına kültür açıklar kullanılabilmektedir.

  1. 35 mm doku kültürü polistiren çanak ANFS lamelleri (PU veya PLGA) takın. Tabağın tabanına ve yavaşça Norland Optik Yapıştırıcı (NOA83H) Pipet 20 ul NOA üstüne ANFS lamel yerleştirin. Tutkal yaymak ve tüm lamel alt kapağı için izin verin. 10 dakika boyunca UV çanak teşhir ederek NOA Cure.
  2. Iki kez, 5 dakika boyunca% 70 sulu etanol çözeltisi, 2 ml ile durulanarak ANFS sterilize edin. E çıkarmakaspirasyonu ile etano. İzin ANFS biyolojik güvenlik kabini UV sterilizasyon lambası (λ = 200-290 nm) altında ~ 1 saat boyunca tamamen hava kuru için.
  3. Hücre yapışma gece boyunca fibronektin içerisinde ANFS kaplanmasıyla geliştirilmiştir. 5 ug / ml DI su içinde fibronektin seyreltin. Çanak içine fibronektin çözeltisi pipetle 2 ml. 37 ° C'de inkübatör yerleştirin ve% 5 CO2, gece boyunca (en az 6 saat).
  4. Önceki protokollerle 22 göre NRVMs, HESC-CMS, ya da diğer ilgi kalp hücreleri elde.
  5. Hücreleri peletlemek için 3 dakika boyunca 1000 rpm'de santrifüj hücre örneği.
  6. Dikkatle aspirasyon ile süpernatant kaldırmak. Pelet rahatsız değil emin olun.
  7. 4.6 x 10 6 hücre / ml 'lik bir konsantrasyona kadar, uygun bir kültür ortamı içinde tekrar süspansiyon hücreleri.
  8. Dikkatle sterilize ANFS üzerine hücre süspansiyonu 200 ul pipet. Emin hücre süspansiyonu lamel kalır emin olun.
  9. 37 ° C ve% 5 inkübatörde hücreleri yerleştirinCO hücreleri ANFS takmak için izin 4 saat için 2.
  10. Aynı koşullar altında kuluçka makinesi içinde hücrelerin çanak ve değiştirmek için sıcak kültür ortamı içinde 2 ml ilave edilir.
  11. 24 saat sonra ortamını çıkarın ve fazla hücreleri çıkarmak için iki kez 2 ml DPBS ile yıkayın.
  12. Aynı koşullar altında kuluçka makinesi içinde hücrelerin çanak ve değiştirmek için sıcak kültür ortamı içinde 2 ml ilave edilir. Kültür hücreler çoğalmak üzere. Her gün medya değiştirin.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Şekil 1, bu iki üretim yöntemleri için üretim işleminin şematik bir bakıştır. Nedeniyle nano topografya kaynaklanan ışığın kırınımı ile, nanopatterning ANFS yanardöner bir yüzey ile sonuçlanmalıdır. 2 800 nm sırt ve yiv ile iyi desenli 25 mm NP-PU lamel (Şekil 2A) Bu yanardöner yüzey tasvir etmektedir Genişlik (Şekil 2B). ANFS ve yanardöner görünüm sırt ve oluk genişlikleri bağlı olarak biraz değişir.

ANFS ü...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Fonksiyonel olgun kardiyak dokular in vivo ve kardiyak doku mühendisliği in vitro uygulamalarda hem eksiktir. Burada anlatılan CFL Nanofabrikasyona yöntemler hücresel uyumun sağlanması nedeniyle sistemin ölçeklenebilirlik makroskopik doku işlevini etkilemek için güçlü teknikler vardır. Büyük alanlar kolayca desenli ve hücre kültürü için de kullanılabilir. Makroskopik hücresel hizalama biomimetic, o miyokardın 38 mekanik ve elektrik hem özelliklerini etkiler gibi fonksiyonel doku oluşturmak a...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

D. H. Kim, yeni fakülte başlangıç fonu için Washington Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü'ne teşekkür eder. D. H. Kim ayrıca Perkins Coie Keşif Ödülü, Wallace H. Coulter Vakfı Translasyonel Araştırma Ortaklığı Ödülü, Washington Eyaleti Yaşam Bilimleri Keşif Fonu ve Amerikan Kalp Derneği Bilim İnsanı Geliştirme Hibesi (13SDG14560076) tarafından desteklenmektedir. J. Macadangdang ve A. Jiao, NIH Biyomühendisliğin desteğine teşekkür eder Kardiyovasküler Eğitim Hibe Bursu. Bu çalışma için ek destek, Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) hibe R01HL111197 M. Regnier'den gelmektedir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
NOA 76 Norland ÜrünleriBD Biosciences
7606B
Yüzey Yapışma Promotor (Cam Astar)Minuta Tech
PUAMinuta TechMINS-311RM
Yumuşak Kauçuk RuloSpeedball
Silikon GofretlerNOVA Elektronik MalzemelerFA01-9900
PhotoresistShipleySPRT510
Photoresist GeliştiriciShipleyMF320
Elektron Işınlı Litografi SistemiJEOLJBX-9300FS
Aşındırma Sistemi YüzeyTeknolojisi SistemleriNP10 8UJ
Plazma Asher SistemiBMR Technology Co.DSF-200
Ozon Kür SistemiMinuta TechMT-UV-O-08
Füzyon Kür SistemiMinuta TechMT-UV-A 11
NOA 83HNorland Products, Inc.8301
Spin KaplayıcıDefne TeknolojisiWS-400-6NPP
Skyrol PET FilmSKC Co., Ltd.23038-59-9
25 mm Cam SlaytlarCorning2948
Sylgard 184 Silikon Elastomer KitiDow Corning6/5/2553
Poli (D, L-laktid-ko-glikolid)Sigma-AldrichP2191-1G
KloroformSigma-Aldrich372978-1L
500 g AğırlıklarGlobal InsustrialT9FB503120
İzopropil AlkolEMD MilliporePX1835-2
Sıcak PlakaCorningPC-420D
SonikatörBransonB2510MTH
, Inc. 354008 Fibronektin

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Lozano, R., et al. Global and regional mortality from 235 causes of death for 20 age groups in 1990 and 2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010. The Lancet. 380, 2095-2128 (2012).
  2. Kim, D. -H., et al. Nanoscale cues regulate the structure and function of macroscopic cardiac tissue constructs. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107, 565-570 (2010).
  3. Tulloch, N. L., et al. Growth of Engineered Human Myocardium With Mechanical Loading and Vascular Coculture. Circulation Research. 109, 47-59 (2011).
  4. Bursac, N., Parker, K., Irvanian, S., Tung, L. Cardiomyocyte Cultures With Controlled Macroscopic Anisotropy: A Model for Functional Electrophysiological Studies of Cardiac Muscle. Circulation Research. 91, (2002).
  5. Fink, C., et al. Chronic stretch of engineered heart tissue induces hypertrophy and functional improvement. The FASEB Journal. 14, 669-679 (2000).
  6. Stevens, M. M. Exploring and Engineering the Cell Surface Interface. Science. 310, (2005).
  7. Mark, K., Park, J., Bauer, S., Schmuki, P. Nanoscale engineering of biomimetic surfaces: cues from the extracellular matrix. Cell Tissue Res. 339, 131-153 (2009).
  8. Lü, J. -M., Wang, X., Marin-Muller, C., Wang, H., Lin, P. H., Yao, Q., Chen, C. Current advances in research and clinical applications of PLGA-based nanotechnology. Expert. Rev. Mol. Diagn. 9, 325-341 (2009).
  9. Kim, H. N., et al. Patterning Methods for Polymers in Cell and Tissue Engineering. Ann Biomed Eng. 40, 1339-1355 (2012).
  10. Kim, D. -H., Provenzano, P. P., Smith, C. L., Levchenko, A. Matrix nanotopography as a regulator of cell function. The Journal of Cell Biology. 197, 351-360 (2012).
  11. Park, J., Kim, H. -N., Kim, D. -H., Levchenko, A., Kahp-Yang, S. Quantitative Analysis of the Combined Effect of Substrate Rigidity and Topographic Guidance on Cell Morphology. IEEE Trans.on Nanobioscience. 11, 28-36 (2012).
  12. Kim, D. -H., Lee, H., Lee, Y. K., Nam, J. -M., Levchenko, A. Biomimetic Nanopatterns as Enabling Tools for Analysis and Control of Live Cells. Adv. Mater. 22, 4551-4566 (2010).
  13. Kim, D. -H., Wong, P. K., Park, J., Levchenko, A., Sun, Y. Microengineered Platforms for Cell Mechanobiology. Annu. Rev. Biomed. Eng. 11, 203-233 (2009).
  14. Kim, D. -H., et al. Nanopatterned cardiac cell patches promote stem cell niche formation and myocardial regeneration. Integr Biol. 4, 1019 (2012).
  15. Kim, P., et al. Fabrication of nanostructures of polyethylene glycol for applications to protein adsorption and cell adhesion. Nanotechnology. 16, 2420-2426 (2005).
  16. Hwang, S. Y., et al. Adhesion Assays of Endothelial Cells on Nanopatterned Surfaces within a Microfluidic Channel. Anal. Chem. 82, 3016-3022 (2010).
  17. Heidenreich, P. A., et al. Forecasting the Future of Cardiovascular Disease in the United States: A Policy Statement From the American Heart Association. Circulation. 123, 933-944 (2011).
  18. Legrice, I. J., et al. Laminar structure of the heart: ventricular myocyte arrangement and connective tissue architecture in the dog. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 269, 1-12 (2002).
  19. Sosnovik, D. E., Wang, R., Dai, G., Reese, T. G., Wedeen, V. J. Diffusion MR tractography of the heart. J Cardiovasc Magn Reson. 11, 47 (2009).
  20. Bers, D. M. Calcium Fluxes Involved in Control of Cardiac Myocyte Contraction. Circulation Research. 87, 275-281 (2000).
  21. Mohrman, D. E., Heller, L. J. Cardiovascular Physiology. , McGraw Hill Medical. (2010).
  22. Burridge, P. W., Keller, G., Gold, J. D., Wu, J. C. Production of De Novo Cardiomyocytes: Human Pluripotent Stem Cell Differentiation and Direct Reprogramming. Stem Cell. 10, 16-28 (2012).
  23. Zhang, J., et al. Functional Cardiomyocytes Derived From Human Induced Pluripotent Stem Cells. Circulation Research. 104, (2009).
  24. Qian, J. -Y., Guo, L. Altered cytosolic Ca2+ dynamics in cultured Guinea pig cardiomyocytes as an in vitro model to identify potential cardiotoxicants. Toxicology in Vitro. 24, 960-972 (2010).
  25. You, M. -H., et al. Synergistically Enhanced Osteogenic Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells by Culture on Nanostructured Surfaces with Induction Media. Biomacromolecules. 11, 1856-1862 (2010).
  26. Kim, H. N., et al. Nanotopography-guided tissue engineering and regenerative medicine. Advanced Drug Delivery Reviews. 65, 536-558 (2013).
  27. Mannix, R. J., et al. Nanomagnetic actuation of receptor-mediated signal transduction. Nature Nanotech. 3, 36-40 (2007).
  28. Karuri, N. W., et al. Biological length scale topography enhances cell-substratum adhesion of human corneal epithelial cells. J Cell Sci. 117, 3153-3164 (2007).
  29. Cavalcanti-Adam, E. A., et al. Cell Spreading and Focal Adhesion Dynamics Are Regulated by Spacing of Integrin Ligands. Biophysical Journal. 92, 2964-2974 (2007).
  30. Koo, L. Y., Irvine, D. J., Mayes, A. M., Lauffenburger, D. A., Griffith, L. G. Co-regulation of cell adhesion by nanoscale RGD organization and mechanical stimulus. J Cell Sci. 115, 1-11 (2002).
  31. Yim, E. K. F., et al. Nanopattern-induced changes in morphology and motility of smooth muscle cells. Biomaterials. 26, 5405-5413 (2008).
  32. Dalby, M. J., et al. The control of human mesenchymal cell differentiation using nanoscale symmetry and disorder. Nat Mater. 6, 997-1003 (2007).
  33. Park, J., Bauer, S., Mark, von der K., Schmuki, P. Nanosize and Vitality: TiO 2Nanotube Diameter Directs Cell Fate. Nano Lett. 7, 1686-1691 (2007).
  34. Entcheva, E., Bien, H. Macroscopic optical mapping of excitation in cardiac cell networks with ultra-high spatiotemporal resolution. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 92, 232-257 (2006).
  35. Tung, L., Zhang, Y. Optical imaging of arrhythmias in tissue culture. Journal of Electrocardiology. 39, (2006).
  36. Himel, H. D., Bub, G., Lakireddy, P., El-Sherif, N. Optical imaging of arrhythmias in the cardiomyocyte monolayer. Heart Rhythm. 9, 2077-2082 (2012).
  37. Kim, J., Hayward, R. C. Mimicking dynamic in vivo environments with stimuli-responsive materials for cell culture. Trends in Biotechnology. 30, 426-439 (2012).
  38. Henderson, D. J., Anderson, R. H. The Development and Structure of the Ventricles in the Human Heart. Pediatr Cardiol. 30, 588-596 (2009).
  39. Badie, N., Bursac, N. Novel Micropatterned Cardiac Cell Cultures with Realistic Ventricular Microstructure. Biophysj. 96, 3873-3885 (2009).
  40. Badrossamay, M. R., McIlwee, H. A., Goss, J. A., Parker, K. K. Nanofiber Assembly by Rotary Jet-Spinning. Nano Lett. 10, 2257-2261 (2010).
  41. Rao, C., et al. The effect of microgrooved culture substrates on calcium cycling of cardiac myocytes derived from human induced pluripotent stem cells. Biomaterials. 34, 2399-2411 (2013).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Capillary Force LithographyCardiac Tissue EngineeringNanopatterned SubstrataPLGA PolymerPolyurethane MoldUV Assisted CFLSolvent Mediated CFLCardiomyocyte AlignmentExtracellular Matrix MimicryBrightfield Microscopy

Related Articles