טיפול קל של ארכיטקטורות ב Hydrogels חלבון מבוססת ליישומים תרבות תא

Hydrogels הם חומרים היוצרים לא מסיסים רשתות 3D מסוגל מחייב כמויות גדולות של מים. חומרים כאלה יכולים לספק תנאים סביבתיים מעולים עבור תאים חיים. כיום, שם הוא הגדלת עניין דור של מבנים תלת מימדיים הידרוג בהתפתחות תהליכים כדי להתאים שלהם מאפיינים כימיים ופיזיים. ברגע זו מושגת, תבנית עבור הצמיחה של תאים, המניפולציה של התנהגות הסלולר יכול להיות שנוצר^1,2,3,4. אלה מבנים תלת-ממד לא רק ליצור סביבה יותר טבעי ומציאותי יותר גישות קונבנציונליות דו מימדי, אבל הם גם לחשוף בפניך אפשרויות חדשות לצמיחה של תאי גזע או גידול מודלים⁵. חומרים שונים בעלי טווח של מאפיינים התלויים בעיקר גודל הנקבוביות של ג’ל⁶. הנקבוביות לשחק תפקיד מכריע תא תרבות יישומים, הנדסת רקמות, וגידול מכוונת של תאי גזע. לדוגמה, חמצן וחומרים מזינים מפוזרת באמצעות המטריקס, ועל כמות מספקת להיות מסוגל להגיע את התאים⁷. מצד שני, מטבוליטים מזיקות להסירו מהר ככל האפשר, ועל די שטח עבור גדילת התאים להיות זמין⁷. כתוצאה מכך, המאפיינים של החומר, ובכך גודל הנקבוביות, להשפיע באופן חמור על יישומים אפשריים של האפשר והתועלת של המטריקס. תהליכי צמיחת תאים שונים בהתאם המאפיינים של החומר, יכול להתרחש תרבית תאים תלת-ממד, כולל הקמת מבנים עצביים; הצמיחה ואת התמיינות של תאים בעור או עצם; וגידול בבימויו של שורות תאי גזע מיוחד, כמו hepatocytes או fibroblasts^{2,3,8,9,10,11}. עוד נקודה מכרעת המשפיעים על יישום אפשרי של חומר היא יציבותו כלפי גירויים חיצוניים¹². לדוגמה, הידרוג חייב לשמור על שלמותה מכני תא תרבות בתקשורת או על גוף האדם.

בשנים האחרונות, מחקר על hydrogels תרבות תלת התא התעצמה, מחקרים רבים בוצעו כדי לפתור את ארכיטקטורות תלת-ממד של מערכות¹³. Hydrogels מורכב מרכיבים מסונתז כימית נחקרות הנפוץ ביותר כי הם יכולים להיות בקלות מסונתז והוא כימי ששינה שהם מייצגים את יציבות גבוהה (ראה ז’ו. et al., 2011 לסקירה)⁵. עם זאת, חלבונים יש תכונות מועילות רבות: כמו מה שנקרא “דיוק פולימרים,” הם מסתיימים; יש להם באורך מוגדר; הם קלים יחסית לשינוי; . ויש להם מספר רב של היעד אתרים^14,15. בהקשר זה, ניתן להפיק ספציפי מאוד, חדשני מבנים עבור יישום בתחומים רבים. במחקר זה, המבוסס על חלבון הידרוג¹⁶ שימש להפגין את היכולת של שיטות ומבוססת להשפיע על הארכיטקטורה תלת-ממד של החומר. יתר על כן, היכולת של ותחולה לדור נקבובית גם נחקר.

טכניקות רבות זמינות לשנות מבנים תלת-ממד, כולל שיטות פשוטות והן בטכניקות מתוחכם, מאוד מיוחדים מתחומים שונים של חומר מדעי. טכניקה נפוצה היא השימוש electrospinning כדי ליצור מבנים מוגדרים היטב¹⁷. סיבי טעונה נשלפות מקבוצת פתרון על ידי שדה חשמלי, ואז לחזק עם חשיפה לחמצן. בדרך זו, יכול להיות מיוצר סיבי בטווח של ננומטרים עד מספר מיקרונים. שיטות נוספות לכוון את גודל המבנה, הפצה של הנקבוביות בתוך המטריצה הם הדפס אבן רכה, פוטוליתוגרפיה, מיקוד hydrodynamic, אלקטרו ריסוס, ביו-הדפסה^18,19,20. חיסרון משמעותי של טכניקות אלה הוא התלות שלהם על ציוד ספציפי, יקר ולא בחומרים כימיים מיוחדים או חומרים. יתר על כן, ניסיון עם טכניקות אלה הוא לעתים קרובות לא להעברה ישירות חומרים מבוססי חלבונים, רבים של כימיקלים והשיטות אינם תא תואם.

מצד שני, טכניקות רבות אין לסמוך על ציוד מיוחד, שהופך אותם קל וזול כדי להחיל ולאחר להתרבות. שיטה נפוצה עבור מבנה מניפולציה הוא הליהוק הממס^21,22,23. חלקיקים נוספים לפני התגובה הפילמור ומופצים למשל כדי להרוות את הפתרון. לאחר הפילמור, שינוי של תנאי לדילול או שינוי pH, מוביל יוצרות של החלקיקים, בעוד הנקבוביות להישאר בתוך החומר. הכימיקלים שמשתמשים בהם בטכניקות אלו, כגון מלח, סוכר, פרפין, ג’לטין, גיר, הם זול וזמין. ב ליופיליזציה, hydrogels נפוחות מוקפאים. סובלימציה עוקבות של השלבים נוזלי תחת ואקום הוא ואז לבצע^24,23,25. סובלימציה מים מן הרשת הוא עדין מספיק כדי לשמור על המבנים תלת-ממד מסוים של החומר. גז קצף, פתרון זרמו עם גז, ואילו הפילמור מתרחש, עוזב את הנקבוביות בתוך ג’ל²¹. ניתן להתאים את גודל ואת ההפצה של הנקבוביות בהתאם זרם הגז.

כדי ליצור את הידרוג חלבון, BSA היא הגיבה כלוריד phosphonium tetrakis (hydroxymethyl) (THPC) בתגובה Mannich-סוג כדי לאפשר היווצרות קשרים הדדיים בין אמינים ראשי הקבוצות הידרוקסי של מולקולה ארבע חמוש מקשר²⁶. אפשרי intermediates מזיקים יוסרו על ידי שטיפה מוגזמת של החומר לאחר התגובה מתרחשת.

מחקר זה מדגים את האפשרות לטיפול חומר מבוסס-BSA עם טכניקות שונות כדי לשנות, להתאים את גודל הנקבוביות. כל אחת מהטכניקות יכול לשמש במעבדה כל ברחבי העולם, אין ציוד מיוחד הכרחי. בנוסף, פרמטרים שונים, כגון יחס נפיחות degradability אנזימטיות, pH ויציבות הטמפרטורה רגישות, היו בחן, לעומת אחד את השני, במיוחד מכבדים להשפעתם של הטכניקות השונות על הדור של ארכיטקטורות תלת-ממד. לבסוף, החומרים היו functionalized עם תא-דבק פפטידים לחקור אפשרי ליישום חומרי תרבית תאים. שתי שורות תאים מודל שונה שימשו: A549 ו- MCF7.