細胞培養用ヒドロゲルの蛋白質ベースのアーキテクチャの簡単な操作

ゲルは、大量の水をバインドできる不溶性の 3 D ネットワークを形成する材料です。そのような材料は、生きている細胞の優れた環境を提供できます。現在、三次元ハイドロゲル構造の生成とその化学的・物理的特性を調整するプロセスの開発、関心が、高まっています。これが達成されれば、細胞の増殖および細胞挙動の操作用のテンプレートは生成された^1,2,3,4をすることができます。これらの 3 D 構造だけでなく環境を作成するより自然でリアルな二次元従来が、彼らよりも明らかに幹細胞の成長のための新たな可能性や腫瘍モデル⁵。異なる材料は、主に⁶ゲルの気孔のサイズに依存する特性の範囲を所有しています。毛穴は、電池文化、組織工学、幹細胞指向性の成長に重要な役割を再生します。たとえば、マトリックスを通して拡散酸素と栄養と十分な量は、セル⁷に到達できる必要があります。その一方で、有害な代謝産物は、できるだけ早く削除する必要がある、細胞の成長のための十分な領域が利用可能な⁷をする必要があります。その結果、材料、およびこうして細孔径のプロパティ深刻な行列の潜在的な利益と可能なアプリケーションに影響します。材料の特性に応じて、異なるセル成長過程は、神経構造の形成を含む、3 D の細胞の文化において発生することが成長と皮膚や骨の細胞の分化のような肝細胞や線維芽細胞^{2,3,8,9,10,11}の特別な細胞ラインの監督の成長。物質の可能性のあるアプリケーションに影響を与えるもう一つの重要なポイントは、外部刺激¹²に向かってその安定性です。たとえば、ヒドロゲルへの細胞培養媒体または人間の体の機械的完全性を維持しなければなりません。

近年、激化、3 D 細胞培養ハイドロゲルに関する研究し、システム¹³の 3 D アーキテクチャを解決する多くの研究を行った。高い安定性を発揮し、簡単に合成および化学的に変更できるため化学的に合成された成分から成るハイドロゲルを調べた最も一般的⁵(朱ら2011 のレビューを参照してください)。しかし、タンパク質は多くの有益な特性をある: としていわゆる「精密高分子」彼らは生体適合性;ある定義された長さ;彼らも比較的容易に修正。ターゲット サイト^14,15の大規模な数であります。この点では、特異性の高い、革新的な構造は、多くの分野でのアプリケーションの生成できます。本研究では蛋白質ベースのゲル¹⁶は、材料の 3 D アーキテクチャに影響を与える確立した方法の能力を発揮する使用されました。さらに、性と細孔生成への適用も検討しました。

簡単な方法と材料科学のさまざまな分野から、専門性の高い高度な技術の両方を含む、3 D 構造を変更するさまざまな方法があります。広範な技術は、明確に定義された構造¹⁷を生成するエレクトロスピニングの使用です。請求繊維電界印加によるソリューションから取得され、酸素への露出に固めます。このように、数ミクロンまで数ナノメートルの範囲の繊維を作り出すことができます。サイズ、構造、およびマトリックス内の気孔の分布を調整するための追加のテクニックは、ソフト ・ リソグラフィー、フォトリソグラフィ、流体を中心、エレクトロ スプレー、およびバイオ印刷^18,19,20。これらの技術の重大な欠点は、特定の高価な装置や特別な化学薬品材料への依存関係です。さらに、これらの技術と経験が頻繁に蛋白質ベースの材料に直接譲渡と化学物質とメソッドの多くは、互換性のある細胞ではないです。

その一方で、多くの技術は特別な装置は、簡単かつ安価な適用し、再現するそれらを作るには頼らないでください。構造操作のため普及している方法は、溶液キャスト法^21,22,23です。粒子は重合反応前に加えてゆくソリューションを飽和に配布されます。毛穴が材料内に残る、重合後、希釈や pH 変化などの条件の変化は粒子の溶媒和に します。塩、砂糖、パラフィン、ゼラチン、チョークなど、これらの技術で使用される化学物質は、安価で容易に入手できます。凍結、膨潤ゲルに固定されます。真空下で液相の後続の昇華は、^23,24,25を実行します。ネットワークから水昇華は材料の特定の立体構造を維持するために十分な穏やかです。発泡ガス、重合が行われる、ゲル²¹孔を残している間に、ガスとソリューションはストリーミングされます。サイズと孔の分布は、ガスの流れによって調整できます。

タンパク質ゲルを形成、BSA はテトラキス (ヒドロキシメチル) ホスホニウム塩塩化 (THPC) 第一級アミンとリンカーの 4 武装分子²⁶の水酸基との間に共有結合の形成を許可する Mannich 型反応と反応しました。可能な有害な中間体は、反応が発生した後、材料の余分な洗浄によって削除されます。

本研究では、BSA ベースの素材を操作し、細孔のサイズを調整するさまざまなテクニックを治療の可能性を紹介します。各技法使用できますあらゆる研究室で、世界中、特別な機器は必要ありません。さらに、パラメーターの異なるような膨潤率、酵素分解性、pH 安定性、温度感受性を検討され、それぞれに他と比較して特に尊重さまざまなテクニックの影響 3 D アーキテクチャの世代に。最後に、材料が修飾と細胞接着ペプチドの細胞培養の材料の適用の可能性を調査します。2 つの異なるモデル細胞ラインを使用した: A549 と MCF7。