Preparazione di idrogeli iniettabili a base di chitosano e la sua applicazione nella coltura cellulare 3D
Summary
Qui descriviamo una facile preparazione di idrogeli iniettabili a base di chitosano usando immina dinamica chimica. Metodi per regolare la resistenza meccanica di idrogel e la sua applicazione nella coltura cellulare 3D sono presentati.
Abstract
Il protocollo presenta un metodo facile, efficiente e versatile per preparare idrogel a base di chitosano usando immina dinamica chimica. L’idrogel è preparata mescolando soluzioni di glicole chitosano con un gelator di polimeri sintetizzati benzaldeide terminato e idrogeli sono ottenuti in modo efficiente in diversi minuti a temperatura ambiente. Dai vari rapporti tra glicole chitosano, gelator di polimero e contenuto di acqua, idrogel versatile con tempi di gelificazione differenti e rigidità sono ottenuti. Quando danneggiato, l’idrogel può ritrovare apparenze e modulo elastico, dovuto la reversibilità delle obbligazioni immina dinamico come crosslinkages. Questa proprietà auto-sanabile consente l’idrogel di essere iniettabili, poiché esso può essere auto-guarito da pezzi spremuti da un idrogel di massa integrale dopo il processo di iniezione. L’idrogel è anche multi-sensible a reagire a molti stimoli di bio-attivi a causa di Stati di equilibrazione differenti delle obbligazioni immina dinamico. Questo idrogel è stata confermata come bio-compatibili e cellule di fibroblasti di topo L929 erano incorporate seguenti procedure standard e la proliferazione delle cellule è stata valutata facilmente tramite un processo di coltivazione di cella 3D. L’idrogelo in grado di offrire una piattaforma regolabile per diverse ricerche dove è profittato di un mimo fisiologico di un ambiente 3D per le cellule. Insieme alle sue proprietà multi-reattivo, self-sanabile e iniettabili, nel caso degli idrogeli potenzialmente può essere applicato come elementi portanti multipli per farmaci e cellule in future applicazioni bio-medicali.
Introduction
Idrogeli sono materiali polimerici reticolati con grandi quantità di acqua e morbido proprietà meccaniche, e sono stati utilizzati in molte applicazioni bio-medicali1,2. Idrogeli possono offrire un ambiente morbido e bagnato, che è molto simile all’ambiente fisiologico per cellule in vivo. Di conseguenza, idrogeli sono diventati uno dei più popolari impalcature per cella 3D cultura3,4. Rispetto alla coltura delle cellule 2D di Petri, coltura cellulare 3D ha avanzato velocemente per offrire che una matrice extracellulare (ECM) ha imitato il microambiente per celle da contattare e montare per proliferazione e differenziazione di scopi5. Inoltre, idrogeli contenenti polimeri naturali potrebbero offrire ambienti bio-compatibili e promozione per le cellule di proliferare e differenziare3. Idrogeli derivati da polimeri sintetici sono preferibili per i loro componenti semplici e chiare, che escludono le influenze complesse come proteine di origine animale o virus. Tra tutti i candidati di idrogel per colture cellulari 3D, idrogeli che facilmente sono preparati e hanno una proprietà coerente sono sempre preferiti. La possibilità di regolare le proprietà di idrogel per soddisfare i requisiti di ricerca differenti è importante come ben6.
Qui vi presentiamo una facile preparazione di un idrogel a base di chitosano glicole usando immina dinamica chimica, che diventa una piattaforma versatile idrogel per cella 3D cultura7. In questo metodo, noto bio-compatibili glicole chitosano vengono utilizzati per stabilire cornici delle reti di idrogel. Suoi gruppi amminici sono ha reagiti con un glicole di polietilene benzaldeide terminato come il gelator di polimeri per formare legami immina dinamico come crosslinkages di idrogeli8. Immina dinamico obbligazioni possono formare e si decompongono reversibilmente e responsabilmente ai dintorni, dotando l’idrogel con reticolati regolabile meccanicamente reti9,10,11. A causa del suo contenuto di acqua alta, materiali bio-compatibili e resistenze meccaniche regolabili, l’idrogel è applicato con successo come impalcatura per celle L929 in cella 3D cultura12,13. Il protocollo qui i dettagli delle procedure, tra cui la sintesi del polimero gelator, idrogel preparazione, l’incorporamento delle cellule e coltura delle cellule 3D.
L’idrogel Mostra anche diverse altre caratteristiche grazie alla sua dinamica immina crosslinkages, tra cui il multi-sensible a reagire ai vari bio-stimoli (acido/pH, piradossale derivato di vitamina B6, papaina proteine, ecc.), che indica che potrebbe essere l’idrogel indotto a decomporsi sotto condizioni fisiologiche8. L’idrogel è anche self-sanabile e iniettabili, che significa l’idrogel potrebbe essere amministrato per mezzo di un metodo di iniezione invasiva minimale e ottenere un vantaggio in droga e cella consegne14,15. Con l’aggiunta di additivi funzionali o gelators polimero specifico predefiniti, l’idrogel è compatibile per ottenere proprietà specifiche come magnetico, temperatura, pH sensibile, ecc.16,17, che potrebbe compiere un vasta gamma di esigenze di ricerca. Tali proprietà rivelano la capacità potenziale di idrogel per essere un iniettabile più vettori per farmaci e cellule sia in vitro che in vivo ricerca bio-medica e applicazioni.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’idrogel presentato in questo protocollo (Figura 1) ha due componenti principali: il chitosano di glicole di polimero naturale e un sintetico benzaldeide terminato gelator polimero DF PEG, che sono entrambi materiali biocompatibili. Sintesi di DF PEG sono presentata utilizzando una reazione di modificazione di uno stadio. PEG del peso molecolare 4.000 fu scelto nel presente protocollo per preoccupazioni di solubilità, efficienza di modificazione, come pure la rigidità di idrogel. Una seri…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata sostenuta dal National Science Foundation cinese (21474057 e 21604076).
Materials
| Glycol chitosan | Wako Pure Chemical Industries | 39280-86-9 | 90% degree of deacetylation |
| 4-Carboxybenzaldehyde | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 619-66-9 | 99% |
| N, N'-dicyclohexylcarbodiimide | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 538-75-0 | 99% |
| Calcium chloride anhydrous | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 10043-52-4 | 96% |
| 4-dimethylamiopryidine | Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co.,LTD | 1122-58 | 99% |
| Polyethyleneglycol | Sino-pharm Chemical Reagent | 5254-43-7 | 99% |
| Tetrahydrofuran | Sino-pharm Chemical Reagent | 109-99-9 | 99% |
| Toluene | Sino-pharm Chemical Reagent | 108-88-3 | 99% |
| Ethyl ether | Sino-pharm Chemical Reagent | 60-29-7 | 99% |
| Acetic acid | Sino-pharm Chemical Reagent | 64-19-7 | 99% |
| Anhydrous CaCl2 | Sino-pharm Chemical Reagent | 10043-52-4 | 99% |
| Fluorescein diacetate | Sigma | 596-09-8 | 99% |
| Propidium iodide | Sigma | 25535-16-4 | 94% |
| RPMI-1640 culture media | Gibco | ||
| Fetal bovine serum | Gibco | ||
| Trypsin-EDTA | Gibco | 0.25% | |
| PBS | Solarbio | 0.01 M | |
| Penicillin streptomycin solution | Hyclone | 10,000 U/mL | |
| Rheometer | TA Instrument | AR-G2 | |
| Confocal microscope | Zeiss | 710-3channel | |
| L929 Cells | ATCC | NCTC clone 929; L cell, L929, derivative of Strain L | |
| Evaporator | EYELA | N-1100 | |
| 48 guage needle | ShanghaiZhiyu Medical Material Co., LTD | 48-guage | |
| Microscope | Leica | DM3000 B | |
| Microscope software | Imaris | ||
| Heat gun | Confu | KF-5843 | |
| Petri dish | NEST |
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