سهل التلاعب بأبنية في الهلاميات المائية المستندة إلى البروتين لتطبيقات ثقافة الخلية

الهلاميات المائية هي المواد التي تشكل شبكات ثلاثية الأبعاد غير قابلة للذوبان قادرة على ربط كميات كبيرة من المياه. هذه المواد يمكن أن توفر الظروف البيئية الممتازة للخلايا الحية. حاليا، هناك اهتمام متزايد في توليد هياكل ثلاثية الأبعاد المائية وتطوير عمليات تكييف خواصها الكيميائية والفيزيائية. حالما يتحقق ذلك، يمكن أن يكون قالب لنمو الخلايا، والتلاعب بالسلوك الخلوية ولدت^1،2،،من³⁴. هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد ليس فقط خلق بيئة أكثر طبيعية وواقعية من نهج ثنائي الأبعاد التقليدية، ولكنها أيضا تكشف عن إمكانيات جديدة لنمو الخلايا الجذعية أو نماذج الورم⁵. مواد مختلفة تمتلك مجموعة من الخصائص التي تعتمد أساسا على حجم المسام هلام⁶. المسام تلعب دوراً حاسما في خلية ثقافة التطبيقات وهندسة الأنسجة، والنمو الموجه للخلايا الجذعية. على سبيل المثال، نشر الأوكسجين والمواد الغذائية من خلال المصفوفة، وكميات كافية يجب أن تكون قادرة على الوصول إلى الخلايا⁷. من ناحية أخرى، يجب إزالة نواتج الأيض الضارة بأقصى سرعة ممكنة، ويجب أن تكون مساحة كافية لنمو الخلايا المتوفرة⁷. ونتيجة لذلك، الخصائص المادية، وبالتالي حجم المسام، شدة التأثير التطبيقات المحتملة الفائدة وممكن للمصفوفة. اعتماداً على خصائص المواد، يمكن أن تحدث عمليات نمو الخلايا المختلفة في ثقافة الخلية ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك تشكيل هياكل الخلايا العصبية؛ نمو وتمايز خلايا الجلد أو العظام؛ وتوجيه نمو خطوط الخلايا الجذعية الخاصة، مثل خلايا الكبد أو الخلايا الليفية^2،3،،من^89،،من¹⁰¹¹. هو آخر نقطة حاسمة التأثير على إمكانية تطبيق مادة استقرارها نحو¹²من المؤثرات الخارجية. على سبيل المثال، المائية يجب الحفاظ على سلامتها الميكانيكية في خلية ثقافة وسائل الإعلام أو في جسم الإنسان.

وفي السنوات الأخيرة، البحث في الخلية 3D الثقافة الهلاميات المائية تكثيف وأجريت دراسات عديدة لحل أبنية 3D ل نظم¹³. الأكثر شيوعاً هي التحقيق الهلاميات المائية تتألف من مكونات مركباً كيميائيا لأنه يمكن بسهولة تصنيعه وتعديله كيميائيا وهم يعرضون الاستقرار عالية (انظر تشو et al.، 2011 لاستعراض)⁵. ولكن البروتينات لديها العديد من الخصائص المفيدة: حسب ما يسمى “الدقة البوليمرات،” هم متوافق حيويا؛ لديهم طول محدد؛ فسهلة نسبيا لتعديله؛ ولديهم عدد كبير من المواقع المستهدفة^14،15. وفي هذا الصدد، يمكن إنشاء هياكل محددة للغاية، ومبتكرة للتطبيق في العديد من المجالات. في هذه الدراسة، استخدمت المائية المستندة إلى بروتين¹⁶ إثبات قدرة الطرق الراسخة للتأثير على بنية ثلاثية الأبعاد للمواد. وعلاوة على ذلك، كان أيضا التحقيق بقدرة وانطباقها على توليد المسامية.

وتتوفر العديد من التقنيات المختلفة لتعديل هياكل ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك أساليب بسيطة وتقنيات متطورة، ودرجة عالية من التخصص من حقول مختلفة من العلوم المادية. تقنية على نطاق واسع هو استخدام اليكتروسبينينج لإنشاء هياكل محددة تحديداً جيدا¹⁷. ألياف مشحونة يتم سحبها من التوصل إلى حل بمجال الكهربائي ويصلب ثم عند التعرض للأوكسجين. وبهذه الطريقة، يمكن أن تنتج ألياف في نطاق نانومتر عدة تصل إلى عدة ميكرون. تقنيات إضافية لضبط حجم وهيكل، وتوزيع المسام داخل المصفوفة هي الطباعة الحجرية الناعمة، والتصويرية، تركز هيدرودينامية، الرش الكهربائية والبيولوجية-الطباعة^18،،من¹⁹²⁰. هو عيب كبير لهذه التقنيات الاعتماد على معدات معينة، ومكلفة، وخاصة مواد كيميائية أو مواد. وعلاوة على ذلك، التجربة مع هذه التقنيات في كثير من الأحيان لا التحويل مباشرة للمواد القائمة على البروتين، والعديد من المواد الكيميائية وأساليب ليست خلية متوافقة.

من ناحية أخرى، لا يعتمد العديد من تقنيات المعدات الخاصة، وجعلها أسهل وأرخص لتطبيق وإعادة إنتاج. هو أسلوب واسع النطاق للتلاعب بهيكل الصب المذيبات^21،،من²²²³. تضاف قبل رد فعل البلمرة الجسيمات وتوزع المتجانس تشبع الحل. بعد البلمرة، وتغيير الشروط، مثل إضعاف أو تغيير درجة حموضة، يؤدي إلى المذيب الجزيئات، بينما يظل المسام ضمن المواد. المواد الكيميائية المستخدمة في هذه التقنيات، مثل الملح والسكر والكيروسين، الجيلاتين والطباشير، رخيصة ومتاحة بسهولة. في التجميد، جمدت الهلاميات المائية منتفخة. التسامي اللاحقة من مراحل السائل تحت فراغ ومن ثم تنفيذ^23،،من²⁴²⁵. التسامي المياه من الشبكة لطيف ما يكفي للحفاظ على هياكل ثلاثية الأبعاد المحددة للمواد. في الغاز رغوة، هو تدفق حل مع غاز في حين البلمرة يأخذ مكان، تاركة المسام داخل جل²¹. أن حجم وتوزيع المسام يمكن تعديلها تبعاً لتيار الغاز.

تشكيل المائية البروتين، هو رد فعل جيش صرب البوسنة مع كلوريد فوسفونيوم تيتراكيس (هيدروكسيميثيل) (تهبك) في رد فعل من نوع مانيش للسماح لتكوين روابط تساهمية بين الأمينات الأولية ومجموعات هيدروكسي جزيء رابط أربعة مسلحين²⁶. تتم إزالة وسيطة الضارة الممكنة بواسطة الغسيل المفرط للمواد بعد حدوث رد فعل.

وتوضح هذه الدراسة إمكانية علاج مواد المستندة إلى جيش صرب البوسنة مع تقنيات مختلفة لمعالجة وتكييف حجم المسام. كل من التقنيات يمكن استخدامها في أي مختبر في العالم، حسب الضرورة أي معدات خاصة. وباﻹضافة إلى ذلك، معلمات مختلفة، مثل نسبة تضخم والتحلل الأنزيمي واستقرار الأس الهيدروجيني وحساسية درجة الحرارة، تم فحص ومقارنة مع بعضها البعض، لا سيما احترام لتأثير مختلف التقنيات على توليد أبنية 3D. وأخيراً، كانت فونكتيوناليزيد المواد مع الببتيدات لاصقة خلية للتحقيق في إمكانية تطبيق المواد على الخلية والثقافة. واستخدمت اثنين من خطوط الخلية نموذجا مختلفاً: A549 و MCF7.