저자 ACC 기판 준비 기술 지원 켈리 A. 버크 감사드립니다. . 10.1016/j.biomaterials.2010.12.006, 저작권 Elsevier (2011) : Biomaterials에 게시된 기사 데이비스 KA, 외, 형상 기억 폴리머 기판, Biomaterials, 도이의 다이나믹 셀 동작에 따라 달라집니다. 이 자료는 그랜트 번호 DMR - 0907578 이하 NSF에 의해 지원 작업을 기반으로합니다.

1. NOA63의 등온 UV - 경화 <ol><li> 맞춤 치료 챔버는 유리 슬라이드 (X 25mm X 1mm 75mm), 1mm 두께 테플론 스페이서 및 알루미늄 플레이트 (75mm X 25mm X 3mm) 그림 1과 같이 사용하여 개발되었다. 챔버는 작은 바인더 클립을 사용하여 함께 개최됩니다. </li><li> 18 게이지 바늘을 사용하여 테플론 스페이서의 구멍을 통해서 챔버에 NOA63를 주사. NOA63가 부드럽게 주사를 쉽게하기 위해 가열 수 있습니다. </li><li> ° C 5 분 균일한 온도로 가열 수 있도록 125으로 설정 뜨거운 접시에 챔버를 놓습니다. </li><li> 유리의 표면에서 램프 6.5 cm 20 분, UV 램프 챔버 (표 참조 λ = 365 nm의 최대)의 NOA63를 미리 치료. </li><li> 따뜻한는 면도날을 사용하는 동안 챔버에서 NOA63를 제거합니다. </li><li> 125에서 뜨거운 접시 3 H 40m ° C.에 대한 자외선 아래 NOA63을 포스트 - 치료 </li><li> -20 ° C.에 desiccated NOA63를 저장 </li></ol> 2. NOA63의 형상 기억 특성 <ol><li> 하여 덤벨 표본을 준비 핫 키를 눌러인인 차원 그림 2에 표시된 사용자 정의 펀치 (표 참조)와 함께 치료 NOA63 영화. </li><li> 인장 고정물로, 동적 기계적 분석기 (표 참조 DMA)로 표본을로드합니다. 다음과 같이 프로그램이 후, 테스트 절차를 모드 &quot;제어를 강제로&quot;로 악기를 설정합니다 : <ol><li> 95.00에서 평형 ° C </li><li> 10.00 분 등온선 </li><li> 램프 힘 0.300 N / 분에 2.500 N </li><li> 5.00 분 등온선 </li><li> 램프 2.00 ° 20.00 C / 분 ° C </li><li> 10.00 분 등온선 </li><li> 램프 힘 0.300 N / 분 0.015로 N </li><li> 5.00 분 등온선 </li><li> 램프 2.00 ° 95.00로 C / 분 ° C </li><li> 반복 2-9 두 번 더 단계를 </li></ol></li></ol> 3. 활성 세포 배양 기판의 준비 <ol><li> 개별 샘플은 isothermally 치료 SMP 필름에서 준비하실 수 있습니다. 원하는 샘플 크기로 레이저와 SMP 필름 컷. 계수를 줄이고 절단을 쉽게하기 위해 T g보다 높은 온도로 설정 뜨거운 접시에 SMP를 놓습니다. </li><li> 임시 모양이 다른 여러 가지 방법으로 해결할 수 있습니다. 여기서 우리는 일시적으로 지형을 양각으로 냉각 / 가열 platens와 벤치 최고 액압 프레스를 사용합니다. T G 이상의 온도에서 platens의 온도를 설정합니다. </li><li> embosser는 비닐 기록에 경화 에폭시로 만들어졌습니다. 이것은 병렬 홈의 임시 모양을 생산합니다. 여기, embosser는 35-40 μm의 높이 삼각형 봉우리를했고 차별 60 μm의 폭, 간격 80 μm의. embosser 다른 재료와 다른 topographies로 만들 수 있지만, 엠보싱 온도 NOA63보다 stiffer해야합니다. SMP 샘플이 embosser 엎드려서 얼굴을하고 언론의 샘플 및 embosser 배치 장소. </li><li> 가열 platens과 샘플 사이의 접촉을하고 샘플이 균일 온도에 도달하도록 ~ 5 분 동안 유지 ~ 100 kPa의 미리을 적용합니다. </li><li> 샘플에 1-6 MPA를 적용하고 1 분 만요. 4.7 MPA의 스트레스는 embosser의 지형의 불완전한 복제로 연결됩니다. 생산 일시적인 지형은 25-35 μm의 높이 150 μm의 넓은 봉우리를 반올림합니다. 큰 응력이 적용되는 경우에는 SMP가 파괴됩니다. 작은 amplitudes와 topographies을 소개하는 작은 응력을 적용합니다. </li><li> T g 아래의 온도를 줄입니다. 여기서 우리는 언론 platens의 물을 냉각 기능을 사용합니다. </li><li> 온도가 T g 아래의 경우, 적용 력을 제거합니다. </li><li> 샘플은 -20 ° C.에 desiccated 저장할 수 있습니다 이러한 조건에서 저장하면, 우리는 비닐 레코드 embosser과 양각 샘플 달이 진폭 회복에 1 μm의 감소보다 적은을 관찰했습니다. </li></ol> 4. 활성 세포 배양 실험 <ol><li> 생물 학적 안전 캐비닛 (BSC)의 자외선은 샘플을 소독하는 데 사용됩니다. 샘플 뚜껑없이 멸균 요리 아래로 얼굴 6 H.위한 BSC의 UV 라이트 켜고 정렬 </li><li> 새로운 무균 요리 뒤집기 샘플가 얼굴. 6 H.위한 BSC의 UV 라이트를 켭니다 </li><li> 샘플은 이제 세포와 도금 전에 비교적 안정적인 상태로 equilibrated해야합니다. 96 잘 접시에 샘플을 놓고 완전한 성장 매체 150 μl를 추가합니다. </li><li> 원하는 부분 회복을 도달하기 전까지 5 % CO 2와 30 ° C 배양기에서 접시를 넣어. 여기 우리는 세포를 정렬하는 큰 충분한 진폭과 샘플을 생산 30 H를 사용합니다. </li><li> 샘플은 현재 전지와 도금 수 있습니다. 새로운 96 잘 플레이트에 샘플을 놓으십시오. </li><li> 샘플에 세포 용액 150 μl를 추가합니다. 여기 격리 세포를 (일반적으로하지 다른 세포와 접촉) 달성을 20,000 셀 / ML에서 마우스 배아 섬유아 세포 C3H/10T1/2을 사용합니다. </li><li> 세포가 9.5 H.위한 30 ° C 배양기에서, 장소를 첨부하여 임시 지형에 확산 수 있도록하려면 </li><li> 분석 셀 morphol하기전환하기 전에 ogy는 샘플을 제거하고 얼룩과 샘플 형광 이미징을 수행합니다. 이 물질은 자외선과 가시 범위의 대부분을 통해 autofluorescence 전시하고있다. 이러한 알렉사 플루어 647으로 스펙트럼의 맨 붉은 결국 Fluorophores는 배경을 줄이기 위해 권장합니다. </li><li> 복구 샘플을 실행하려면 37 ° C 배양기에 플레이트를 이동하고 새로운 지형 자신의 형태를 적응하는 세포를 복구하고 수 있도록 자료를 수 있도록 19 H에 대한 문화를 계속합니다. </li><li> 샘플을 제거하고 적절한 얼룩 (filamentous 굴지 영상에 대한 phalloidin) 및 이미징 절차를 적용할 수 있습니다. </li></ol> 5. 대표 결과 : NOA63을 치료하면 그림 3과 같이 뛰어난 형상 기억 특성을 가진 투명 유리 고체이다. 이 경우에는 자료가 위의 프로토콜 1과 같은 치료와 51.1의 유니폼 T g를 보여줍니다되었습니다 ° C (E &#39;드롭의 시작에서 결정). 이것은 변형의 큰 비율은 20 하역 후 고정되었다, 그 한 방법 형상 기억주기 (난방, 그림 3, deforming 냉각, 회복) ° C, 89.3의 고정 비율 15 (R F)에 해당하는에서 관찰됩니다 % (세명주기 동안 평균, R R에 대해 동일 아래). 고정 변형은 가열 중에 비교적 작은 온도 범위에서 84.4 %의 복구 비율 (R R)에서 복구. 모든 곡선이 서로 거의 정확하게 수행한다는 점에서 또한, 형상 기억 성능이 세주기 전혀 저하 나타났 없습니다. NOA63 그것은 제조 업체에서 즉시 사용할 수 있기 때문에이 프로토콜의 사용 photoinitiator로 쉽게 치유 솔벤트가없는 예비 중합체로 제공되었습니다. 그러나, 그 구성은 공급 업체에 의해 공개되지 않습니다. 이것은 높은 세포 부착과 생존을 허용 발견되었습니다. 마지막으로, 천이 온도는 두 세포 호환 온도 사이의 회복의 의미있는 크기를 허용하도록 조정 될 수 있습니다. 천이 온도는 세포 배양과 호환되는 경우에는 그들이 세포 부착과 생존을 촉진하면 다른 폴리머 시스템의 번호는이 프로토콜과 함께 사용할 수 있습니다. 임시 지형 (홈)의 진폭은 30 시간이 지남에 따라 감소 ° C. 30 ° C 30 H으로 진폭은 ~ 50 % (그림 4 시간 0) 16 감소되었습니다. 그것은 다음 9.5 H. 이상의 또 다른 10 % 감소 복구는 37로 온도를 증가하여 실행하면 ° C, 진폭은 9.5 H. 이내의 초기 진폭의 0.5 %로 감소 사용 embosser 및 4.9 MPA의 엠보싱 스트레스 들어, 해당 페이지는 거의 평면 13 μm의 홈의 기능 변화에 해당합니다. 활성 세포 배양 기판의 사용을 통해 제어 셀 동작의 예를 들어 cytoskeleton 조직의 변화이다. 복구가 실행되기 전에 임시 홈 붙이 기판에서 굴지의 microfilaments은 홈 (그림 5A) 16의 방향을 따라 정렬합니다. 온도 증가에 의해 복구 후 microfilaments는 개편하고 무작위로 방향 있습니다. 정적 홈 또는 정적 평면을 제어 샘플 온도의 증가 (그림 5B, C) ​​다음에 재구성하지 않습니다. <img src="/files/ftp_upload/2903/2903fig1.jpg" alt="그림 1"/> 그림 1 : NOA63 경화 챔버에 대한 도식. 단면보기 (왼쪽)와 유리 커버 (오른쪽)없이 하향식 볼 수 있습니다. <img src="/files/ftp_upload/2903/2903fig2.jpg" alt="그림 2"/> 그림 2 : 대량 형상 기억 특성화에 사용되는 덤벨 기하학 W :. 좁은 부분의 길이, G : 게이지 길이, WO : 폭 전체, LO : 전체 길이, D : 그립, R 사이의 거리 좁은 섹션 L의 폭 : 필릿 반경 및 RO : 외부 반경. <img src="/files/ftp_upload/2903/2903fig3.jpg" alt="그림 3"/> 그림 3 : 단일 NOA63 치료의 대량 편도 모양 메모리, 3 번 (별표 실험 증상을 나타냅니다) 반복했다. 별표로 표시된 시점에서, 고분자는 그 임시 모양을 정의하는 응력을 적용하여 가열되어 그리고 변형입니다. 이 변형은 일정한 개최하고, 온도는 고분자의 T g 아래의 임시 모양을 수정하는 감소됩니다. 온도는 다음 증가하고, 임시 부담이 줄어 듭니다으로 재료는 영구 모양 복구합니다. <img src="/files/ftp_upload/2903/2903fig4.jpg" alt="그림 4"/> 그림 4 : SMP 복구가 세포 문화 호환 온도에 따라 실행하실 수 있습니다. 25.6의 진폭 ± 0.8 μm의는 다음과 엠보싱 우물을 제시± 1.5 μm의 30에서 30 H의 평균 후 12.6로 overed ° C (시간이 0, 검은 원). 샘플 37 ° C 배양기 (9.5 H)로 이동 후에, 진폭 3.5 H. 이내에 1.1 ± 0.2 μm의로 회복 진폭 ~ 0.3 ± 0.1 9.5 H 내에서 μm의 및 최종 9.5 H 이상 감지 감소 없음이 관찰되었다 (빨간색 삼각형)로 회복되었습니다. 오차 막대는 하나의 표준 편차 (n은 = 4-6)를 나타냅니다. 성분은 대표적인 샘플 profilometry 스캔 연락을하고 있습니다. <img src="/files/ftp_upload/2903/2903fig5.jpg" alt="그림 5"/> 그림 5 : 셀 굴지의 cytoskeleton는 지형 변화 다음 다시 배열 양각 기판에 phalloidin 물들일 세포, 공촛점 이미지 전환 및 온도 증가하기 전에 개선 방향 (흰색 화살표)로 정렬 microfilaments을 보여줍니다.. 전환 후, microfilaments가 무작위로 방향 뜯어 있습니다. B는, 평면 제어 기판에 세포가 온도 상승 전후 무작위로 지향 microfilaments을 보여줍니다. C, 홈 붙이 제어 기판의 셀 온도가 증가 전후 홈 방향에 부합 microfilaments 보여줍니다. 스케일 바는 100 μm의 수 있습니다. 성분은 그림 4에서와 같이됩니다.

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관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

NOA63의 T g는 쉽게 치료를 통해 온도를 제어할 수 있습니다. 우리는 셀 호환 범위에서 실행 될 수있는 SMP 기판을 생성하기 위해이를 사용합니다. NOA63가 건조 T g을 절감 물로 plasticized이기 때문에, 우리는 ° C 30 및 37 ° C. 사이 젖은 TG 범위를 이동 125에서 경화하여 건조 T g 증가 시연 활성 세포 배양 기판은 셀 동작을 제어할 수 있습니다. microfilament 재편?...

<table border="1"><tbody><tr><td> 시약이나 악기의 이름 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 댓글 (옵션) </td></tr><tr><td> NOA63 </td><td> 놀랜드 제품 주식 회사 </td><td> NOA63 </td><td> 롯 번호 111 </td></tr><tr><td> 도그본 펀치 </td><td> TestResource 주식 샤코피, MN </td><td></td><td> 스케일 다운 유형 IV 도그본 (ASTM D638 - 03) </td></tr><tr><td> Benchtop 유압 프레스 </td><td> 조각가 </td><td> 3851 </td><td></td></tr><tr><td> C3H10T1 / 2 마우스 배아 섬유아 세포 </td><td> ATCC </td><td> CCL - 226 </td><td></td></tr><tr><td> 생물 안전 내각 </td><td> 써모 피셔 </td><td> 1357 </td><td></td></tr><tr><td> UV 램프 </td><td> Spectroline </td><td> SB - 100PC </td><td></td></tr><tr><td> 동적 기계 분석기 (DMA) </td><td> TA 인 스트 루먼트 주식 회사 </td><td> Q800 </td><td></td></tr><tr><td> 거꾸로 형광 현미경 </td><td> Leica </td><td> Leica DMI 4000B </td><td></td></tr><tr><td> 공촛점 레이저 스캐닝 현미경 </td><td> 자이스 혈구 </td><td> LSM 710 </td><td> 20x/0.8 NA 공기 또는 40x/1.30 NA 오일 목적 </td></tr></tbody></table>

shape memory polymers for active cell culture

형상 기억 폴리머 (SMPS)는 같은 열이 1-5으로 자극의 응용 프로그램에 따라 미리 정해진 영구 모양 고정, 임시 모양에서 바꿀 수있는 능력이있다 &quot;스마트&quot;자료의 수업입니다. 일반적인 형상 기억 사이클에서 SMP 먼저 그 전이 온도, T 트랜스 [중 용융 온도 (T m) 또는 유리 전이 온도 (T g)]보다 높은 고온 변형입니다. 변형은 자연 탄성이며 주로 구성 네트워크 체인 (고무 탄성 이론 아래)의 conformational 엔트로피의 감소로 연결됩니다. 외부 응력 또는 응력 상수를 유지하면서 변형 SMP 그 다음 트랜스는 T 이하 온도 냉각됩니다. 냉각하는 동안, 더 단단한 상태로 (세미 - 결정 또는 유리), kinetically 트랩 또는 &quot;정지&quot;매크로 모양 고치로 이어지는이 낮은 엔트로피 상태에서 재료에 재료 전환. 모양 복구가 지속적으로 스트레스 무료 (거리낌없는) 조건하에 T 트랜스를 통해 자료를 가열에 의해 트리거됩니다. 네트워크 체인이 (회복 모바일로)은 thermodynamically 선호, 최대한의 - 엔트로피 상태, 영구 모양 임시 형태의 물질 변화에 휴식을 취할 수 있도록함으로써. 세포들은 주변 환경 6 기계적 특성을 조사 수 있습니다. 메커니즘은이를 통해 세포 및 물리적 환경 제어 셀 동작 사이의 기계적 상호 작용은 활성 연구 분야입니다. 정의된 지형의 기판이 메커니즘의 조사에 강력한 도구로 등장했습니다. Mesoscale, microscale 및 기판 지형의 nanoscale 패턴이 셀 정렬, 셀 부착 및 세포 트랙션 세력 7-14을 직접하기 위해 표시되었습니다. 이러한 연구 결과는 제어 및 분석 세포 배양 기간 동안 세포와 그들의 물리적 환경 사이의 기계적 상호 작용을하는 기판 지형에 대한 가능성을 강조했지만 날짜에 사용되는 기판은 일반적으로 수동되었습니다 문화 중에 현저하게 변경 프로그램 수 없습니다. 이것은 물리적 스테이 시스는 문화의 세포를 통제하는 지형 기판의 잠재력을 제한하고 있습니다. 여기 활성 세포 배양 (ACC) SMP 기판은 기판 지형과 변형의 제어 프로그램을 제공하기 위해 표면 형상 기억을 채용 것을 소개하고 있습니다. 이 기판은 임시 홈 붙이 지형에서 두 번째, 거의 평평 기억된 지형으로 전환하는 능력을 보여줍니다. 지형에이 변경 사항은 표준 세포 배양 조건 하에서 세포의 행동을 제어하는​​ 데 사용할 수 있습니다.

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Shape Memory Polymers for Active Cell Culture

문화 중에 지형을 변경할 수있는 능력을 가진 세포 배양 기판을 개발하기위한 방법을 설명합니다. 방법은 영구적인 모양을 기억하는 능력을 가지고 형상 기억 고분자로 알려진 스마트 물질을 사용합니다. 이 개념은 물질과 애플 리케이션의 다양한 적응합니다.

활성 세포 배양을위한 형상 기억 폴리머

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 ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

13.3K 조회수.  Syracuse Biomaterials Institute. 문화 중에 지형을 변경할 수있는 능력을 가진 세포 배양 기판을 개발하기위한 방법을 설명합니다. 방법은 영구적인 모양을 기억하는 능력을 가지고 형상 기억 고분자로 알려진 스마트 물질을 사용합니다. 이 개념은 물질과 애플 리케이션의 다양한 적응합니다.

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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.

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기계 다이나믹 셀 문화 Microfabricated 플랫폼

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연구

생체공학

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.

인간 세포 배양을위한 회전 세포 배양 시스템 : 모델로 인간 Trophoblast 셀

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.

3 차원 세포 배양을위한 자기보고 발판

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.

미리 설계된 크기와 모양의 중합체 및 바이오 하이브리드 섬유의 미세 유체 제조

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.

독성 흡입 화학 시험에 대한 시험 관내 세포 배양 모델에서

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.

생리 활성, PCL 기반 &quot;셀프 피팅&quot;형상 기억 폴리머 비계의 제작

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.

공액 고분자에 의해 세포를 전기적 활동을 생활의 광 제어

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.

의료 기기에 대한 박테리아의 높은 처리량 식별 구충제 폴리머

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.

단일 벽 탄소 나노 튜브에 바이오 모방 고분자와 공학 분자 인식

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.

3 차원 세포 배양을위한 폐 세포 외 매트릭스에서 조정 히드로 겔

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