Preparação do hidrogel injetável à base de quitosana e sua aplicação em cultura de células 3D
Summary
Aqui nós descrevemos uma preparação superficial de hidrogel injetável à base de quitosana usando química imina dinâmico. São apresentados métodos para ajustar a força mecânica do hidrogel e sua aplicação em cultura de células 3D.
Abstract
O protocolo apresenta um método fácil, eficiente e versátil para preparar hidrogel baseado em quitosana usando química imina dinâmico. O hidrogel é preparado misturando-se soluções de glicol quitosana com um gelator de polímero sintetizado benzaldeído finalizado e hidrogel com eficiência é obtidos em vários minutos à temperatura ambiente. Por razões diferentes entre quitosana glicol, gelator de polímero e conteúdo de água, obtêm-se versátil hidrogel com tempos diferentes de gelificação e rigidez. Quando danificadas, o hidrogel pode recuperar suas aparições e módulo de elasticidade, devido a reversibilidade das obrigações imina dinâmico como crosslinkages. Esta auto reparáveis propriedade permite que o hidrogel ser injetável, uma vez que pode ser auto curado de peças espremidas de um hidrogel em massa integral após o processo de injeção. O hidrogel é também multi sensível a muitos estímulos bio-ativos devido ao status de equilibração diferente das obrigações imina dinâmico. Este hidrogel foi confirmado como bio-compatível e células de fibroblasto de rato L929 foram incorporados procedimentos padrão e a proliferação das células foi facilmente avaliada por um processo de cultivo de células 3D. O hidrogel pode oferecer uma plataforma ajustável para diferentes pesquisas onde um mímico fisiológico de um ambiente 3D para as células é lucrou. Juntamente com suas propriedades multi responsivos, auto reparáveis e injetáveis, o hidrogel potencialmente pode ser aplicados como várias transportadoras para drogas e células em futuras aplicações biomédicas.
Introduction
Hidrogel é materiais de polímero reticulado com grandes quantidades de água e propriedades mecânicas macias, e eles têm sido usados em muitas aplicações bio-medical1,2. Hidrogel pode oferecer um ambiente suave e molhado, que é muito semelhante ao ambiente fisiológico para células em vivo. Portanto, hidrogel tornaram-se uma das plataformas mais populares para cultura de células 3D3,4. Em relação à cultura de pilha do prato de Petri 2D, cultura de células 3D avançou rapidamente para oferecer que uma matriz extracelular (ECM) imitou o microambiente para células de contato e montar para fins de proliferação e diferenciação5. Além disso, o hidrogel contendo polímeros naturais poderia oferecer biocompatível e promovendo ambientes para as células a proliferar e diferenciar3. Hidrogel derivado de polímeros sintéticos é preferidos para seus componentes simples e claras, que excluem influências complexas como as proteínas de origem animal ou vírus. Entre todos os candidatos de hidrogel para cultura de células 3D, hidrogel que facilmente é preparados e têm uma propriedade consistente é sempre preferidos. A facilidade para ajustar propriedades do hidrogel para atender necessidades diferentes pesquisas é importante como bem6.
Aqui apresentamos uma preparação superficial de um hidrogel de glicol baseado em quitosana usando química imina dinâmico, que se torna uma plataforma versátil de hidrogel para cultura de células 3D7. Neste método, conhecido biocompatível glicol quitosana são usados para estabelecer quadros de redes do hidrogel. Seus grupos aminoácidos são reagiu com um glicol de polietileno benzaldeído encerrado como o gelator de polímeros que formam ligações de imina dinâmico como crosslinkages de hidrogel8. Obrigações de imina dinâmico podem formar e decompor reversível e responsiva ao redor, dotando o hidrogel com quitosana mecanicamente ajustável redes9,10,11. Devido ao seu conteúdo de água de alto, materiais biocompatíveis e forças mecânicas ajustáveis, o hidrogel é aplicado com sucesso como um andaime para células L929 em cultura de células 3D12,13. O protocolo aqui detalha os procedimentos, incluindo a síntese de polímeros gelator, preparação de hidrogel, incorporação de célula e cultivo celular 3D.
O hidrogel também mostra várias outras características devido a sua crosslinkages de imina dinâmico, incluindo sua multi responsivo aos vários estímulos bio-(ácido e pH, piridoxal derivados de vitamina B6, papaína de proteína, etc), indicando que o hidrogel pode ser induzido a decompor-se sob condições fisiológicas8. O hidrogel é também auto reparáveis e injetável, o que significa que o hidrogel pode ser administrado através de um método de injeção invasiva mínima e ganhar uma vantagem em droga e célula entregas14,15. Pela adição de aditivos funcionais ou gelators de polímero preconcebidos específico, o hidrogel é compatível para obter propriedades específicas como magnética, temperatura, pH-responsivo, etc.16,,17, que pudesse cumprir um ampla gama de requisitos de pesquisa. Essas propriedades revelaram capacidade potencial do hydrogel ser um injetável várias transportadoras para drogas e células em ambos in vitro e em vivo pesquisa biomédica e aplicações.
Protocol
Representative Results
Discussion
O hidrogel apresentado neste protocolo (Figura 1) tem dois componentes principais: a polímero natural quitosana de glicol e um sintético benzaldeído encerrado gelator polímero PEG do DF, que são ambos os materiais biocompatíveis. Síntese do DF PEG é apresentado utilizando uma reação de modificação de uma etapa. PEG, de peso molecular 4.000 foi escolhida no presente protocolo em preocupações de solubilidade, eficiência de modificação, bem como rigidez de hidrogel. Uma série …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi apoiada pelo National Science Foundation da China (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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