Простое управление архитектуры в гидрогели на основе белков для приложений культуры клеток

Гидрогели являются материалы, которые образуют нерастворимые 3D сетей, способных привязки больших количеств воды. Такие материалы могут обеспечить отличные экологические условия для живых клеток. В настоящее время растет интерес в поколении трехмерной гидрогеля структур и в разработке процессов, адаптировать их химические и физические свойства. Как только это будет достигнуто, шаблон для роста клеток и манипуляции клеточного поведения может быть созданный^1,2,3,4. Эти 3D структуры не только создать более естественный и реалистичный окружающей среды, чем обычные двухмерные подходы, но они также выявить новые возможности для роста стволовых клеток или опухоль модели⁵. Различные материалы имеют ряд характеристик, которые главным образом зависят от размера поры геля⁶. Поры играют решающую роль в клетки культуры приложениями, тканевой инженерии и режиссер роста стволовых клеток. Например кислород и питательные вещества диффузного через матрицу, и надлежащей суммы должны быть в состоянии достичь клетки⁷. С другой стороны вредные метаболиты необходимо удалить как можно быстрее, и достаточно места для роста клеток должны быть доступны⁷. Следовательно свойства материала и таким образом размер пор, серьезно влиять на потенциальные выгоды и возможности применения матрицы. В зависимости от свойств материала, различные роста клеток процессов может произойти в 3D клеточной культуры, включая формирование нейрональных структур; роста и дифференцировки клеток кожи или кости; и режиссер рост линий специальных стволовых клеток, как гепатоцитов или фибробластов^{2,3,8,9,10,11}. Другой важный момент, влияющих на возможность применения материала является его стабильность на внешние раздражители¹². К примеру гидрогеля должны поддерживать свою механическую целостность в СМИ культуры клеток или человеческого тела.

В последние годы, исследования по 3D клетки культуры гидрогели активизировались, и многие исследования были проведены для разрешения 3D архитектуры систем¹³. Гидрогели, состоящий из химически синтезированных компонентов исследованы наиболее часто потому, что они могут быть легко синтезируется и химически изменены, и они обладают высокой стабильностью (см. Чжу et al., 2011 для обзора)⁵. Однако белки имеют много полезных свойств: как так называемые «точность полимеров,» они биосовместимых; они имеют определенной длины; они являются относительно легко изменить; и они имеют большое количество целевых сайтов^14,15. В этой связи весьма специфические, инновационные структуры могут быть созданы для применения во многих областях. В этом исследовании гидрогеля на основе белков¹⁶ был использован для демонстрации устоявшихся методов способность влиять на 3D архитектура материала. Кроме того возможность и применимости в поры поколения также было расследовано.

Многие различные методы доступны для изменения трехмерных структур, включая как простые методы, так и сложные, высоко специализированные методы из разных областей науки материала. Метод широко используется electrospinning для создания четко определенных структур¹⁷. Заряженные белки берутся из раствора путем электрического поля и затем затвердевают при воздействии кислорода. Таким образом могут быть изготовлены волокна в диапазоне нескольких нанометров до нескольких микрон. Дополнительные методы, чтобы настроить размер, структура и распределение поры в пределах матрицы являются мягкие литографии, фотолитографии, гидродинамические упором, электро напыления и био печать в^18,19,20. Существенный недостаток этих методов является их зависимость от конкретных, дорого оборудования и специальных химических веществ или материалов. Кроме того опыт работы с этими методами часто не непосредственно передавать материалы на основе белков, и многие из химических веществ и методов не являются клетки совместимы.

С другой стороны многие методы не полагаться на специальное оборудование, что делает их легче и дешевле, чтобы применить и воспроизвести. Распространенным методом манипуляции структуры является растворителем литья^21,,2223. Частицы добавляются до реакции полимеризации и содержанием однородно распределяются насытить решения. После полимеризации изменение условий, таких как ослабление или изменение рН, приводит к сольватации частиц, в то время как поры остаются в пределах материала. Химические вещества, используемые в этих методов, таких как соль, сахар, парафин, желатин и мела, дешевые и легко доступны. В для, опухшие гидрогели замораживаются. Последующее сублимации жидких фаз под вакуумом, затем выполняется^23,24,25. Сублимация воды из сети достаточно мягкий, чтобы поддерживать конкретные 3D структуры материала. В Газе пенообразование решение передается с газом при полимеризации происходит, оставляя поры внутри гель²¹. Размер и распределение пор может корректироваться в зависимости от потока газа.

Для формирования белков гидрогеля, BSA реагирует с тетракис (гидроксиметил) фосфониевую хлорид (THPC) в реакция Манниха типа для формирования ковалентных связей между первичных аминов и гидрокси группы Четырёхрукий компоновщика молекулы²⁶. Возможные вредные интермедиатов удаляются промывкой чрезмерным материала после того, как происходит реакция.

Это исследование демонстрирует возможность лечения с различные методы, чтобы управлять и настраивать размер поры материала, на основе BSA. Каждый из методов может использоваться в любой лаборатории во всем мире, как никакого специального оборудования является необходимым. Кроме того различные параметры, такие как отек соотношение, ферментативные разлагаемость, рН стабильность и чувствительность температуры, были рассмотрены и по сравнению друг с другом, особенно применительно к влияние различных методов на поколение 3D архитектуры. Наконец материалы были функционализированных с пептидами клеток клей для расследования возможного применения материалов для клеточной культуры. Были использованы две различных модели клеточные линии: A549 и MCF7.