המחברים מבקשים להודות קלי א &#39;ברק על סיוע טכני בהכנת המצע ACC. מבוסס על מאמר שפורסם ב Biomaterials, דיוויס KA, et al, התנהגות התא דינמי על זיכרון צורה פולימר מצעים, Biomaterials, doi:. 10.1016/j.biomaterials.2010.12.006, זכויות יוצרים Elsevier (2011). חומר זה מבוסס על עבודה נתמכת על ידי ה-NSF תחת גרנט לא DMR-0907578.

1. מקורר באופן איזוטרמי UV-אשפרה של NOA63 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תא ריפוי מותאמים אישית פותחה באמצעות שקופיות זכוכית (75 מ&quot;מ x 25 מ&quot;מ x 1 מ&quot;מ), בעובי 1 מ&quot;מ spacer טפלון, וכן צלחת אלומיניום (75 מ&quot;מ x 25 מ&quot;מ x 3 מ&quot;מ) כפי שמוצג באיור 1. קאמרית הוא החזיק יחד באמצעות קליפים קלסר קטן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להזריק את NOA63 החדרה דרך חור spacer טפלון באמצעות מחט מד 18. NOA63 ניתן מחומם בעדינות כדי להקל על ההזרקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את החדר על פלטה חשמלית נקבע על 125 ° C ולאפשר כדי לחמם לטמפרטורה אחידה עבור 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טרום לרפא את NOA63 בתא מנורת UV (λ = max 365 ננומטר, ראו טבלה) במשך 20 דקות עם 6.5 ס&quot;מ מנורה מפני השטח של הזכוכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את NOA63 מהאולם בזמן חמים באמצעות סכין גילוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פוסט לרפא את NOA63 תחת אור UV עבור 3 מ 40 שעות על הפלטה החשמלית ב 125 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חנות NOA63 מיובש ב -20 ° C. </li></ol> 2. זיכרון צורה אפיון NOA63 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן הדגימה המשקולת על ידי לחיצה על חם נרפא NOA63 הסרט עם אגרוף אישית (ראו טבלה), שמימדיה שמוצג באיור 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את הדגימה לתוך מנתח מכני דינמי (DMA, ראו טבלה) עם מתקן מתיחה. הגדר את מכשיר &quot;כוח מבוקר&quot; מצב, אז התוכנית הליך בדיקה כדלקמן: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאזן בשעה 95.00 ° C </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקורר באופן איזוטרמי דקות 10.00 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבש כוח 0.300 N / min עד 2.500 N </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקורר באופן איזוטרמי דקות 5.00 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרמפה 2.00 ° C / min עד 20.00 ° C </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקורר באופן איזוטרמי דקות 10.00 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבש כוח 0.300 N / min עד 0.015 N </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקורר באופן איזוטרמי דקות 5.00 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרמפה 2.00 ° C / min עד 95.00 ° C </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 2-9 עוד פעמיים </li></ol></li></ol> 3. הכנת מצעים תרבות פעילים Cell <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות בודדת יכולה להיות מוכנים מהסרט SMP נרפא isothermally. חותכים את הסרט SMP עם סכין על גודל המדגם הרצוי. מניחים את SMP על פלטה חשמלית נקבע על טמפרטורה גבוהה יותר מאשר g T כדי להפחית את מודול וקלות לחיתוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצורה זמני יכול להיות קבוע במספר דרכים שונות. כאן אנו משתמשים עיתונאים גבי ספסל הידראולי עם מחומם / מקורר platens כדי הבלטה הטופוגרפיה זמניים. הגדר את הטמפרטורה של platens בטמפרטורה מעל T g. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ההבלטה נעשה על ידי ריפוי אפוקסי על תקליט ויניל. זה יהיה לייצר צורה זמני של חריצים מקבילים. כאן, בכלי ההבלטה היו פסגות משולש 35-40 מיקרומטר גבוה 60 מיקרומטר רחב, במרווחים 80 מיקרומטר לגזרים. ההבלטה ניתן מחומרים אחרים עם topographies שונים, אך חייבת להיות נוקשה יותר NOA63 בטמפרטורה הבלטות. מניחים את דגימות SMP הפנים כלפי מטה על ההבלטה ואת המקום דגימות בכלי ההבלטה בעיתונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החלת ~ 100 kPa preload ליצור קשר בין platens חימום הדגימות והחזק עבור ~ 5 דקות כדי לאפשר הדגימות להגיע טמפרטורה אחידה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל 1-6 מגפ&quot;ס את דגימות והחזק למשך דקה 1. הלחץ של 4.7 מגפ&quot;ס מוביל שכפול שלם של הטופוגרפיה בכלי ההבלטה. הטופוגרפיה זמני המיוצר יש מעוגלות פסגות 25-35 מיקרומטר גבוהה 150 מיקרומטר רחב. SMP יהיה שבר אם הלחץ גדול יותר מוחל. החל מדגיש קטן להציג topographies עם אמפליטודות קטנות יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מנמיכים את הטמפרטורה מתחת g טי. כאן אנו משתמשים קירור מים היכולת של platens העיתונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר הטמפרטורה היא מתחת g T, להסיר את הכוח המופעל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דוגמאות ניתן לאחסן מיובש ב -20 ° C. כאשר מאוחסנים בתנאים אלה, ראינו פחות ירידה 1 מיקרומטר התאוששות משרעת לאחר חודשיים עבור דוגמאות בולטות עם הטבעה את השיא ויניל. </li></ol> 4. התא הפעיל תרבות ניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> האור UV של ארון בטיחות ביולוגית (BSC) משמש כדי לעקר את הדגימות. סדר הדגימות עם הפנים כלפי מטה במנות סטרילי ללא מכסים להדליק את האור UV BSC עבור 6 ח </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות Flip למנות סטרילית חדשה עם הפנים כלפי מעלה. כבה את האור UV BSC עבור 6 ח </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות כרגע צריך להיות equilibrated למצב יציב יחסית לפני ציפוי עם תאים. מניחים את צלחת 96 דגימות היטב ולהוסיף 150 μl של מדיום הגידול להשלים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את צלחת 30 ° C חממה עם CO 2 עד 5% מגיע התאוששות חלקית הרצוי. כאן אנו משתמשים 30 שעות לייצר דגימות עם אמפליטודה גדולה מספיק כדי ליישר תאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דוגמאות ניתן כעת מצופה עם תאים. מניחים את דגימות צלחת 96 חדש היטב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 150 μl של פתרון תא הדגימות. כאן אנו משתמשים C3H/10T1/2 fibroblasts העכבר עובריים ב 20,000 תאים / מ&quot;ל ​​להשיג תאים בודדים (בדרך כלל במגע עם תאים אחרים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לאפשר לתאים לצרף ולהתפשט על הטופוגרפיה זמנית, מקום 30 ° C חממה 9.5 ח </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי morphol תא assayogy לפני המעבר, להסיר דגימות ולבצע מכתים ו דימות פלואורסצנטי של הדגימות. חומר זה מוצגים autofluorescence דרך ביותר של טווח UV לעין. Fluorophores בסוף אדום רחוק של הספקטרום כגון Alexa פלואוריד 647 מומלץ להפחית את הרקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להפעיל דגימות להתאושש, להזיז את הצלחת כדי 37 מעלות צלזיוס חממה ולהמשיך תרבות עבור 19 שעות כדי לאפשר את החומר כדי להתאושש ולאפשר לתאים להסתגל המורפולוגיה שלהם הטופוגרפיה החדשה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר דגימות וליישם כתם המתאים (phalloidin עבור פילמנטיות אקטין הדמיה) והדמיה ההליכים. </li></ol> 5. נציג תוצאות: נרפא NOA63 הוא מוצק שקוף, מזוגגות כי יש זיכרון מצוין צורה המאפיינים כפי שמוצג באיור 3. במקרה זה, החומר היה נרפא כמו בפרוטוקול 1 לעיל מראה אחיד T g של 51.1 ° C (נקבע מתחילת הירידה &quot;E). הוא ציין מן צורה אחת דרך מחזורי זיכרון (חימום, לעוות, קירור, מחלים, איור 3), כי אחוז גדול של זן נקבע לאחר פריקה ב 20 ° C, המתאים יחס תיקון 15 (R f) של 89.3 % (בממוצע לכל שלושת המחזורים; למטה באותו R r). המתח קבוע התאושש ביחס להתאוששות (R r) של 84.4% בטווח טמפרטורה קטנים יחסית במהלך החימום. יתר על כן, ביצועי זיכרון צורה לא הראו הידרדרות עד שלושה מחזורים, שכן כל העיקולים לעקוב כמעט בדיוק אחד עם השני. NOA63 נעשה שימוש בפרוטוקול זה משום שהיא זמינה מיצרן וסיפקה כמו prepolymer ממס חינם לרפא בקלות עם photoinitiator. עם זאת, ההרכב שלה לא פורסמו על ידי הספק. נמצא לאפשר התקשרות לתא הכדאיות גבוהה. לבסוף, המעבר הטמפרטורה יכולה להיות מכוון לאפשר בסדר גודל משמעותי של התאוששות בין שתי טמפרטורות תא תואם. מספר מערכות אחרות הפולימר יכול לשמש גם עם פרוטוקול זה אם טמפרטורת המעבר תואם תרבית תאים ואם הם לקדם את הידבקות התא הכדאיות. משרעת של הטופוגרפיה זמני (חריצים) יורד במשך הזמן על 30 ° C. עד 30 שעות ב 30 ° C, משרעת צומצם ב ~ 50% (איור 4, זמן 0) 16. זה מפחית עוד 10% מעל הבאה 9.5 ח כאשר ההתאוששות מופעלת על ידי הגדלת הטמפרטורה ל 37 ° C, משרעת מפחית לרמה של 0.5% של משרעת הראשונית בתוך 9.5 ח עבור ההבלטה משומשים מתח הבלטות של 4.9 מגפ&quot;ס, זה מקביל לשינוי תפקודי של 13 מיקרומטר חריצים על משטח שטוח כמעט. דוגמה של התנהגות התא מבוקר באמצעות מצעים תרבות פעיל תא שינוי בארגון cytoskeleton. על מצעים מחורץ זמני לפני התאוששות מופעלת, microfilaments אקטין ליישר יחד לכיוון החריצים (ציור 5a) 16. לאחר התאוששות על ידי העלאת הטמפרטורה, microfilaments יש ארגון מחדש ו מכוונים באופן אקראי. דגימות בקרה כי יש חריצים סטטיות או משטח שטוח סטטי לא מחדש לאחר העלייה בטמפרטורה (איור 5 ב, ג). <img src="/files/ftp_upload/2903/2903fig1.jpg" alt="איור 1"/> איור 1: סכמטי של תא NOA63 ריפוי. חתך נוף (משמאל), מלמעלה למטה לצפות ללא כיסוי זכוכית (מימין). <img src="/files/ftp_upload/2903/2903fig2.jpg" alt="איור 2"/> איור 2: גיאומטריה המשקולת המשמש אפיון צורה נפח זיכרון W:. הרוחב של סעיף L צר: אורכו של קטע צר, G: אורך גייג&#39;, WO: רוחב הכוללת, LO: אורכו הכולל, D: המרחק בין אוחז, R: רדיוס של פילה, ו RO: הרדיוס החיצוני. <img src="/files/ftp_upload/2903/2903fig3.jpg" alt="איור 3"/> איור 3: חד סטרי נפח זיכרון צורה של ריפוי NOA63 אחת, חזר 3 פעמים (כוכבית מציינת תחילת הניסוי). בנקודה מסומן בכוכבית, פולימר כבר מחוממת הוא מעוות אז על ידי הפעלת מתח להגדיר צורה הזמני. זן זה הוא קבוע, והטמפרטורה יורדת לתקן את הצורה זמני מתחת g T של הפולימר. הטמפרטורה עולה אז, החומר משחזרת לעצב הקבע שלה כמו זן זמני מצטמצם. <img src="/files/ftp_upload/2903/2903fig4.jpg" alt="איור 4"/> איור 4: התאוששות SMP יכול להיות מופעלות תחת תרבית תאים תואם בטמפרטורות. משרעת של 25.6 ± 0.8 מיקרומטר הנוכחית rec הבלטות הבאהovered על 12.6 ± 1.5 מיקרומטר לאחר איזון 30 שעות ב 30 ° C (0 זמן, עיגולים שחורים). לאחר הדגימות הועברו 37 ° C חממה (9.5 שעות), משרעת התאושש עד 1.1 ± 0.2 מיקרומטר בתוך 3.5 ח משרעת התאושש ל ~ 0.3 ± 0.1 מיקרומטר בתוך 9.5 שעות ולא על ירידה לזיהוי הסופי 9.5 שעות נצפתה (משולשים אדומים). ברים שגיאה מייצגים סטיית תקן אחת (n = 4-6). עקבות הם קשר סריקות profilometry של מדגמים מייצגים. <img src="/files/ftp_upload/2903/2903fig5.jpg" alt="איור 5"/> איור 5: אקטין cytoskeleton Cell מארגן מחדש בעקבות המעבר הטופוגרפי, תמונות Confocal של תאים מוכתם phalloidin על מצעים בולטות להראות microfilaments מיושר עם כיוון חריץ (חץ לבן) לפני המעבר ולהגדיל הטמפרטורה.. לאחר המעבר, יש microfilaments מחדש מכוונים באופן אקראי. B, תאים על מצעים לשלוט שטוח להראות microfilaments אוריינטציה באקראי לפני ואחרי עלייה בטמפרטורה. ג, תאים על מצעים לשלוט מחורץ להראות microfilaments מיושר עם כיוון חריץ לפני ואחרי עלייה בטמפרטורה. בר סולם הוא 100 מיקרומטר. עקבות הן באיור 4.

<ol>
	<li>Liu, C., Qin, H., Mather, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+progress+in+shape-memory+polymers.">Review of progress in shape-memory polymers.</a> J. Mater. Chem. 17, 1543-1543 (2007).</li><li>Mather, P. T., Luo, X. F., Rousseau, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+Memory+Polymer+Research.">Shape Memory Polymer Research.</a> Annu. Rev. Mater. Res. 39, 445-445 (2009).</li><li>Lendlein, A., Kelch, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+Memory+Polymers.">Shape Memory Polymers.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 41, 2034-2034 (2002).</li><li>Ratna, D., Karger-Kocsis, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+shape+memory+polymers+and+composites:+a+review.">Recent advances in shape memory polymers and composites: a review.</a> J. Mater. Sci. 43, 254-254 (2008).</li><li>Rousseau, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+of+shape+memory+polymers:+A+review+of+the+progress+toward+overcoming+SMP's+limitations.">Challenges of shape memory polymers: A review of the progress toward overcoming SMP's limitations.</a> Polym. Eng. Sci. 48, 2075-2075 (2008).</li><li>Pelham, R. J., Wang, Y. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+locomotion+and+focal+adhesions+are+regulated+by+substrate+flexibility.">Cell locomotion and focal adhesions are regulated by substrate flexibility.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 94, 13661-13661 (1997).</li><li>Addae-Mensah, K. A., Kassebaum, N. J., Bowers, M. J., Reiserer, R. S., Rosenthal, S. J., Moore, P. E., Wikswo, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flexible,+quantum+dot-labeled+cantilever+post+array+for+studying+cellular+microforces.">A flexible, quantum dot-labeled cantilever post array for studying cellular microforces.</a> Sensor Actuat. a-Phys. 136, 385-385 (2007).</li><li>du Roure, O., Saez, A., Buguin, A., Austin, R. H., Chavrier, P., Siberzan, P., Ladoux, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+mapping+in+epithelial+cell+migration.">Force mapping in epithelial cell migration.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 2390-2390 (2005).</li><li>Lam, T., Clem, W. C., Takayama, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+on-demand+cell+alignment+using+reconfigurable+microtopography.">Reversible on-demand cell alignment using reconfigurable microtopography.</a> Biomaterials. 29, 1705-1705 (2008).</li><li>Stevens, M. M., George, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+and+engineering+the+cell+surface+interface.">Exploring and engineering the cell surface interface.</a> Science. 310, 1135-1135 (2005).</li><li>Tan, L., Tien, J., Pirone, D. M., Gray, D. S., Bhadriraju, K., Chen, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cells+lying+on+a+bed+of+microneedles:+an+approach+to+isolate+mechanical.">Cells lying on a bed of microneedles: an approach to isolate mechanical.</a> 100, 1484-1484 (2003).</li><li>Teixeira, A. I., Nealey, P. F., Murphy, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Responses+of+human+keratocytes+to+micro-+and+nanostructured+substrates.">Responses of human keratocytes to micro- and nanostructured substrates.</a> J. Biomed. Mater. Res. A. 71A, 369-369 (2004).</li><li>Yang, M., Sniadecki, N., Chen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+Considerations+of+Micro-+to+Nanoscale+Elastomeric+Post+Arrays+to+Study+Cellular+Traction+Forces.">Geometric Considerations of Micro- to Nanoscale Elastomeric Post Arrays to Study Cellular Traction Forces.</a> Adv. Mater. 19, 3119-3119 (2007).</li><li>Zhao, Y., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+Mechanics+Study+in+Cardiac+Myocytes+Using+PDMS+Pillars+Array.">Cellular Mechanics Study in Cardiac Myocytes Using PDMS Pillars Array.</a> Sensor Actuat. a-Phys. 125, 398-398 (2006).</li><li>DiOrio, A. M., Luo, X., Lee, K. M., Mather, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Functionally+Graded+Shape+Memory+Polymer.">A Functionally Graded Shape Memory Polymer.</a> Soft Matter. 7, 68-68 (2011).</li><li>Davis, K. A., Burke, K. A., Mather, P. T., Henderson, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+cell+behavior+on+shape+memory+polymer+substrates.">Dynamic cell behavior on shape memory polymer substrates.</a> Biomaterials. 32, 2285-2285 (2011).</li></ol>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

G T של NOA63 ניתן לשלוט בקלות באמצעות הטמפרטורה ריפוי. השתמשנו הזה כדי לייצר מצעים SMP כי יכול להיות מופעלות במגוון תואם התא. NOA63 הוא פלסטיק במים אשר מפחית את היובש T g, ולכן הגדלנו היבש T g על ידי ריפוי ב 125 ° C כדי להזיז את טווח Tg רטוב בין 30 ל 37 ° C. <p class="jove_conten...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם מגיב או מכשיר </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> הערות (אופציונלי) </td></tr><tr><td> NOA63 </td><td> בנורלאנד מוצרים בע&quot;מ </td><td> NOA63 </td><td> מגרש מספר 111 </td></tr><tr><td> Dogbone Punch </td><td> TestResource, Inc Shakopee, MN </td><td></td><td> מוקטנת סוג IV dogbone (ASTM D638-03) </td></tr><tr><td> Benchtop לחץ הידראולי </td><td> גלף </td><td> 3851 </td><td></td></tr><tr><td> C3H10T1 / 2 עכבר Fibroblasts עובריים </td><td> ATCC </td><td> CCL-226 </td><td></td></tr><tr><td> בטיחות ביולוגית הממשלה </td><td> תרמו פישר </td><td> 1357 </td><td></td></tr><tr><td> מנורת UV </td><td> Spectroline </td><td> SB-100PC </td><td></td></tr><tr><td> Analyzer מכונות דינמי (DMA) </td><td> ת&quot;א מכשירים, Inc </td><td> Q800 </td><td></td></tr><tr><td> מיקרוסקופ פלואורסצנטי הפוך </td><td> לייקה </td><td> לייקה DMI 4000B </td><td></td></tr><tr><td> מיקרוסקופ Confocal סריקת לייזר </td><td> Zeiss </td><td> LSM 710 </td><td> 20x/0.8 NA אוויר או מטרה 40x/1.30 NA שמן </td></tr></tbody></table>

shape memory polymers for active cell culture

זיכרון צורה פולימרים (SMPs) הם קבוצה של חומרים &quot;חכמים&quot;, כי יש את היכולת לשנות מן צורה קבועה זמני לעצב מראש קבוע על פי בקשה של גירוי כגון חום 1-5. ב מחזור צורה טיפוסית זיכרון, SMP הוא מעוות הראשון טמפרטורה מוגבה כי הוא גבוה יותר מאשר טמפרטורת המעבר שלה, T טרנס [או את טמפרטורת ההתכה (T מ &#39;), או את המעבר זכוכית הטמפרטורה (ט ז)]. העיוות הוא אלסטי בטבע בעיקר מוביל לירידה אנטרופיה קונפורמציה של הרשתות רשת המרכיבים (בעקבות התיאוריה גומי אלסטיות). SMP מעוות הוא מקורר אז לטמפרטורה מתחת T שלו טראנס, תוך שמירה על מתח מתח חיצוני או קבוע. במהלך הקירור, המעברים חומר למצב נוקשה יותר (למחצה גבישי או זכוכית), אשר kinetically מלכודות או &quot;מקפיאה&quot; את החומר במצב נמוך אנטרופיה זה מוביל לתיקון צורה מקרוסקופית. התאוששות צורה מופעלת על ידי ברציפות חימום החומר באמצעות T טראנס תחת תנאי (מאולצת) ללא מתח. בכך שהוא מאפשר את השרשראות רשת (עם ניידות חזרה) כדי להירגע המועדף thermodynamically מדינתם מקסימלי, אנטרופיה, שינויים מהותיים מהצורה זמני בצורת קבע. תאים המסוגלים מדידות תכונות מכניות של הסביבה המקיפה שלהם 6. המנגנונים שבאמצעותם אינטראקציות בין תאים מכני ושליטה הסביבה הפיזית שלהם התנהגות התא הם תחומי מחקר פעילים. מצעים של הטופוגרפיה מוגדר התפתחו כמו כלים רבי עוצמה בחקירה של מנגנונים אלה. Mesoscale, microscale, ודפוסי ננומטרי של הטופוגרפיה המצע הוכחו ישיר יישור התא, הידבקות התא המתיחה תא כוחות 7-14. ממצאים אלה יש הדגיש את הפוטנציאל הטופוגרפיה המצע לשלוט assay את האינטראקציות מכני בין תאים הסביבה הפיזית שלהם במהלך תרבית תאים, אך מצעים השתמשו עד כה היו בדרך כלל פסיבי ולא יכול להיות מתוכנת כדי לשנות באופן משמעותי במהלך התרבות. זה קיפאון גופני הגבילה את הפוטנציאל של מצעים הטופוגרפי לשלוט התאים בתרבית. כאן, פעיל תרבית תאים (ACC) מצעים SMP מוצגים המעסיקות צורה משטח זיכרון לספק שליטה מתוכנת הטופוגרפיה המצע ואת העיוות. מצעים אלה מדגימים את היכולת המעבר טופוגרפיה מחורצת זמני הטופוגרפיה שנייה פה כמעט שטוח. שינוי זה ב הטופוגרפיה יכול לשמש כדי לשלוט בהתנהגות התא בתנאים סטנדרטיים התרבות התא.

Watch this Scientific Journal Video about Shape Memory Polymers for Active Cell Culture at JoVE.com

Shape Memory Polymers for Active Cell Culture

שיטה לפיתוח תרבות מצעים תא עם היכולת לשנות את הטופוגרפיה במהלך התרבות מתואר. השיטה עושה שימוש חומרים חכמים המכונה זיכרון פולימרים צורה יש את היכולת לשנן צורה קבועה. תפיסה זו ניתנת להתאמה למגוון רחב של חומרים ויישומים.

זיכרון צורה פולימרים לתרבות התא הפעיל

Shape memory polymers (SMPs) are a class of "smart" materials that have the ability to change from a fixed, temporary shape to a pre-determined permanent ...

shape-memory-polymers-for-active-cell-culture

Research

JoVE Journal

Bioengineering

13.3K Views.  Syracuse Biomaterials Institute. שיטה לפיתוח תרבות מצעים תא עם היכולת לשנות את הטופוגרפיה במהלך התרבות מתואר. השיטה עושה שימוש חומרים חכמים המכונה זיכרון פולימרים צורה יש את היכולת לשנן צורה קבועה. תפיסה זו ניתנת להתאמה למגוון רחב של חומרים ויישומים.

Video: Shape Memory Polymers for Active Cell Culture

Microfabricated Platforms for Mechanically Dynamic Cell Culture

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or fundamental cell biology studies is limited by current bioreactor technologies, which cannot simultaneously apply a variety of mechanical stimuli to cultured cells. In order to address this issue, we have developed a series of microfabricated platforms designed to screen for the effects of mechanical stimuli in a high-throughput format. In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and further demonstrate how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

פלטפורמות microfabricated לתרבות Cell דינמי מכאני

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or ...

Rotating Cell Culture Systems for Human Cell Culture: Human Trophoblast Cells as a Model

The field of human trophoblast research aids in understanding the complex environment established during placentation. Due to the nature of these studies, human in vivo experimentation is impossible. A combination of primary cultures, explant cultures and trophoblast cell lines1 support our understanding of invasion of the uterine wall2 and remodeling of uterine spiral arteries3,4 by extravillous trophoblast cells (EVTs), which is required for successful establishment of pregnancy. Despite the wealth of knowledge gleaned from such models, it is accepted that in vitro cell culture models using EVT-like cell lines display altered cellular properties when compared to their in vivo counterparts5,6. Cells cultured in the rotating cell culture system (RCCS) display morphological, phenotypic, and functional properties of EVT-like cell lines that more closely mimic differentiating in utero EVTs, with increased expression of genes mediating invasion (e.g. matrix metalloproteinases (MMPs)) and trophoblast differentiation7,8,9. The Saint Georges Hospital Placental cell Line-4 (SGHPL-4) (kindly donated by Dr. Guy Whitley and Dr. Judith Cartwright) is an EVT-like cell line that was used for testing in the RCCS.
The design of the RCCS culture vessel is based on the principle that organs and tissues function in a three-dimensional (3-D) environment. Due to the dynamic culture conditions in the vessel, including conditions of physiologically relevant shear, cells grown in three dimensions form aggregates based on natural cellular affinities and differentiate into organotypic tissue-like assemblies10,11,12 . The maintenance of a fluid orbit provides a low-shear, low-turbulence environment similar to conditions found in vivo. Sedimentation of the cultured cells is countered by adjusting the rotation speed of the RCCS to ensure a constant free-fall of cells. Gas exchange occurs through a permeable hydrophobic membrane located on the back of the bioreactor. Like their parental tissue in vivo, RCCS-grown cells are able to respond to chemical and molecular gradients in three dimensions (i.e. at their apical, basal, and lateral surfaces) because they are cultured on the surface of porous microcarrier beads. When grown as two-dimensional monolayers on impermeable surfaces like plastic, cells are deprived of this important communication at their basal surface. Consequently, the spatial constraints imposed by the environment profoundly affect how cells sense and decode signals from the surrounding microenvironment, thus implying an important role for the 3-D milieu13.
We have used the RCCS to engineer biologically meaningful 3-D models of various human epithelial tissues7,14,15,16. Indeed, many previous reports have demonstrated that cells cultured in the RCCS can assume physiologically relevant phenotypes that have not been possible with other models10,17-21. In summary, culture in the RCCS represents an easy, reproducible, high-throughput platform that provides large numbers of differentiated cells that are amenable to a variety of experimental manipulations. 
In the following protocol, using EVTs as an example, we clearly describe the steps required to three-dimensionally culture adherent cells in the RCCS.

Traditional, two dimensional cell culture techniques often result in altered characteristics with respect to differentiation markers, cytokines and growth factors. Three-dimensional cell culture in the rotating cell culture system (RCCS) reestablishes expression of many of these factors as shown here with an extravillous trophoblast cell line.

סיבוב תרבית תאים מערכות התרבות תאים אנושיים: תאים Trophoblast האדם כמודל

The field of human trophoblast research aids in  understanding the complex environment established during placentation. Due to the  nature of these ...

Self-reporting Scaffolds for 3-Dimensional Cell Culture

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting 3D cellular construct can often be more relevant to studying the molecular events and cell-cell interactions than similar experiments studied in 2D. To create effective 3D cultures with high cell viability throughout the scaffold the culture conditions such as oxygen and pH need to be carefully controlled as gradients in analyte concentration can exist throughout the 3D construct. Here we describe the methods of preparing biocompatible pH responsive sol-gel nanosensors and their incorporation into poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) electrospun scaffolds along with their subsequent preparation for the culture of mammalian cells. The pH responsive scaffolds can be used as tools to determine microenvironmental pH within a 3D cellular construct. Furthermore, we detail the delivery of pH responsive nanosensors to the intracellular environment of mammalian cells whose growth was supported by electrospun PLGA scaffolds. The cytoplasmic location of the pH responsive nanosensors can be utilized to monitor intracellular pH (pHi) during ongoing experimentation.

Biocompatible pH responsive sol-gel nanosensors can be incorporated into poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) electrospun scaffolds. The produced self-reporting scaffolds can be used for in&#160;situ monitoring of microenvironmental conditions whilst culturing cells upon the scaffold. This is beneficial as the 3D cellular construct can be monitored in real-time without disturbing the experiment.

פיגומים דיווח עצמי לתרבית תאים 3-Dimensional

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting ...

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

ייצור מיקרופלואידי של סיבים פולימריים וביוהיברידים עם גודל וצורה מעוצבים מראש

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

In vitro Cell Culture Model for Toxic Inhaled Chemical Testing

Cell cultures are indispensable to develop and study efficacy of therapeutic agents, prior to their use in animal models. We have the unique ability to model well differentiated human airway epithelium and heart muscle cells. This could be an invaluable tool to study the deleterious effects of toxic inhaled chemicals, such as chlorine, that can normally interact with the cell surfaces, and form various byproducts upon reacting with water, and limiting their effects in submerged cultures. Our model using well differentiated human airway epithelial cell cultures at air-liqiuid interface circumvents this limitation as well as provides an opportunity to evaluate critical mechanisms of toxicity of potential poisonous inhaled chemicals. We describe enhanced loss of membrane integrity, caspase release and death upon toxic inhaled chemical such as chlorine exposure. In this article, we propose methods to model chlorine exposure in mammalian heart and airway epithelial cells in culture and simple tests to evaluate its effect on these cell types.

In vitro Cell Culture Model for Toxic Inhaled Chemical Testing

This protocol is designed to demonstrate exposure method of cell cultures to inhaled toxic chemicals. Exposure of differentiated air-liquid&#160;interface (ALI) cultures of airway epithelial cells provides a unique model of airway exposure to toxic gases such as chlorine. In this manuscript we describe effect of chlorine exposure on air-liquid&#160;interface cultures of epithelial cells and submerged culture of cardiomyocytes. In vitro exposure systems allow important mechanistic studies to evaluate pathways that could then be utilized to develop novel therapeutic agents.

בדגם תרבית תאים במבחנה לרעילה בשאיפת בדיקות כימיות

Cell cultures are indispensable to develop and study efficacy of therapeutic agents, prior to their use in animal models. We have the unique ability to ...

Fabrication of a Bioactive, PCL-based "Self-fitting" Shape Memory Polymer Scaffold

Tissue engineering has been explored as an alternative strategy for the treatment of critical-sized cranio-maxillofacial (CMF) bone defects. Essential to the success of this approach is a scaffold that is able to conformally fit within an irregular defect while also having the requisite biodegradability, pore interconnectivity and bioactivity. By nature of their shape recovery and fixity properties, shape memory polymer (SMP) scaffolds could achieve defect &#8220;self-fitting.&#8221; In this way, following exposure to warm saline (~60 &#186;C), the SMP scaffold would become malleable, permitting it to be hand-pressed into an irregular defect. Subsequent cooling (~37 &#186;C) would return the scaffold to its relatively rigid state within the defect. To meet these requirements, this protocol describes the preparation of SMP scaffolds prepared via the photochemical cure of biodegradable polycaprolactone diacrylate (PCL-DA) using a solvent-casting particulate-leaching (SCPL) method. A fused salt template is utilized to achieve pore interconnectivity. To realize bioactivity, a polydopamine coating is applied to the surface of the scaffold pore walls. Characterization of self-fitting and shape memory behaviors, pore interconnectivity and in vitro bioactivity are also described.

Fabrication of a Bioactive, PCL-based &quot;Self-fitting&quot; Shape Memory Polymer Scaffold

Scaffolds capable of fitting within cranio-maxillofacial (CMF) bone defects while exhibiting osteoconductivity and bioactivity are of interest. This protocol describes the preparation of a shape memory scaffold based on polycaprolactone diacrylate (PCL-DA) using a solvent-casting particulate-leaching (SCPL) method employing a fused salt template and application of a bioactive polydopamine coating.

ייצור של זיכרון מבוסס PCL יו, &quot;עצמית הולם&quot; צורת פולימר פיגום

Tissue engineering has been explored as an alternative strategy for the treatment of critical-sized cranio-maxillofacial (CMF) bone defects. Essential to ...

Optical Control of Living Cells Electrical Activity by Conjugated Polymers

Hybrid interfaces between organic semiconductors and living tissues represent a new tool for in-vitro and in-vivo applications. In particular, conjugated polymers display several optimal properties as substrates for biological systems, such as good biocompatibility, excellent mechanical properties, cheap and easy processing technology, and possibility of deposition on light, thin and flexible substrates. These materials have been employed for cellular interfaces like neural probes, transistors for excitation and recording of neural activity, biosensors and actuators for drug release. Recent experiments have also demonstrated the possibility to use conjugated polymers for all-optical modulation of the electrical activity of cells. Several in-vitro study cases have been reported, including primary neuronal networks, astrocytes and secondary line cells. Moreover, signal photo-transduction mediated by organic polymers has been shown to restore light sensitivity in degenerated retinas, suggesting that these devices may be used for artificial retinal prosthesis in the future. All in all, light sensitive conjugated polymers represent a new approach for optical modulation of cellular activity.
In this work, all the steps required to fabricate a bio-polymer interface for optical excitation of living cells are described. The function of the active interface is to transduce the light stimulus into a modulation of the cell membrane potential. As a study case, useful for in-vitro studies, a polythiophene thin film is used as the functional, light absorbing layer, and Human Embryonic Kidney (HEK-293) cells are employed as the biological component of the interface. Practical examples of successful control of the cell membrane potential upon stimulation with light pulses of different duration are provided. In particular, it is shown that both depolarizing and hyperpolarizing effects on the cell membrane can be achieved depending on the duration of the light stimulus. The reported protocol is of general validity and can be straightforwardly extended to other biological preparations.

A method for stimulation of in-vitro cell cultures electrical activity with visible light, based on the use of organic semiconducting polymers is described.

שליטה אופטית של תאי חיים פעילות חשמלית על ידי פולימרים מצומדות

Hybrid interfaces between organic semiconductors and living tissues represent a new tool for in-vitro and in-vivo applications. In particular, conjugated ...

High-throughput Identification of Bacteria Repellent Polymers for Medical Devices

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as contributing to antimicrobial resistance. One possible avenue for the reduction of device-associated infections is the identification of bacteria-repellent polymer coatings for these devices, which would prevent bacterial binding at the initial attachment step. A method for the identification of such repellent polymers, based on the parallel screening of hundreds of polymers using a microarray, is described here. This high-throughput method resulted in the identification of a range of promising polymers that resisted binding of various clinically relevant bacterial species individually and also as multi-species communities. One polymer, PA13 (poly(methylmethacrylate-co-dimethylacrylamide)), demonstrated significant reduction in attachment of a number of hospital isolates when coated onto two commercially available central venous catheters. The method described could be applied to identify polymers for a wide range of applications in which modification of bacterial attachment is important.

A high-throughput microarray method for the identification of polymers which reduce bacterial surface binding on medical devices is described.

זיהוי תפוקה גבוהה של חיידקים פולימרים דוחה עבור אביזרים ומכשור רפואי

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as ...

Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the optical window where biological samples are most transparent. Here, we outline techniques to adsorb amphiphilic polymers and polynucleic acids onto the surface of SWNTs to engineer their corona phases and create novel molecular sensors for small molecules and proteins. These functionalized SWNT sensors are both biocompatible and stable. Polymers are adsorbed onto the nanotube surface either by direct sonication of SWNTs and polymer or by suspending SWNTs using a surfactant followed by dialysis with polymer. The fluorescence emission, stability, and response of these sensors to target analytes are confirmed using absorbance and near-infrared fluorescence spectroscopy. Furthermore, we demonstrate surface immobilization of the sensors onto glass slides to enable single-molecule fluorescence microscopy to characterize polymer adsorption and analyte binding kinetics.

We present a protocol for engineering the corona phase of near infrared fluorescent single walled carbon nanotubes (SWNTs) using amphiphilic polymers and DNA to develop sensors for molecular targets without known recognition elements.

הכרה מולקולרית הנדסה עם פולימרים ביו-מימטיים על פחמן Walled יחיד

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the ...

Tunable Hydrogels from Pulmonary Extracellular Matrix for 3D Cell Culture

Here we present a method for establishing multiple component cell culture hydrogels for in vitro lung cell culture. Beginning with healthy en bloc lung tissue from porcine, rat, or mouse, the tissue is perfused and submerged in subsequent chemical detergents to remove the cellular debris. Histological comparison of the tissue before and after processing confirms removal of over 95% of double stranded DNA and alpha galactosidase staining suggests the majority of cellular debris is removed. After decellularization, the tissue is lyophilized and then cryomilled into a powder. The matrix powder is digested for 48 hr in an acidic pepsin digestion solution and then neutralized to form the pregel solution. Gelation of the pregel solution can be induced by incubation at 37 &#176;C and can be used immediately following neutralization or stored at 4 &#176;C for up to two weeks. Coatings can be formed using the pregel solution on a non-treated plate for cell attachment. Cells can be suspended in the pregel prior to self-assembly to achieve a 3D culture, plated on the surface of a formed gel from which the cells can migrate through the scaffold, or plated on the coatings. Alterations to the strategy presented can impact gelation temperature, strength, or protein fragment sizes. Beyond hydrogel formation, the hydrogel stiffness may be increased using genipin.

This is a method to create a 3-dimensional cell culture scaffold from pulmonary extracellular matrix. Intact lung is processed into hydrogels that can support the growth of cells in three-dimensions.

הידרוג מתכוונן מ מטריקס ריאתי עבור תרבית תאים 3D

Here we present a method for establishing multiple component cell culture hydrogels for in vitro lung cell culture. Beginning with healthy en bloc lung ...