Name: preparation of chitosan-based injectable hydrogels and its application in 3d cell culture
Uploaded: 2017-09-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 5 s
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이 연구는 국립 과학 재단의 중국 (21474057 및 21604076)에 의해 지원 되었다.

주의: 사용 하기 전에 모든 관련 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오. 증기 두건 및 개인 보호 장비 (보호 안경, 보호 장갑, 랩 코트, 등)의 사용을 포함 하 여 화학 실험을 수행할 때 적절 한 안전 관행을 사용 하십시오. 프로토콜 처리 기술 (살 균, 세포 복구, 셀 뿌리고, 세포 동결, 셀 얼룩, 등) 표준 셀 필요.
 1. 준비의 Hydrogels <ol>benzaldehyde의 합성 종료 디 기능성된 폴 리 에틸렌 글리콜 (PEG DF) <ol>사전 건조 목이 <li><li>폴리머 <ol><li>4.00 g PEG (MW 4000, 1.00 mmol), 무게 둥근 바닥 플라스 크 (250 mL)에 그것을 전송 하 고 톨루엔 (100 mL) 추가. 
			참고: 다른 분자 무게를 가진 다른 구슬 하이드로 겔 형성을 위해 일할 수 있지만 다른 강성으로 이어질 것입니다.</li>
			<li>열 열 총 (또는 핫 플레이트 약 40 ° C) 약간에 의해 모든 고분자를 분해 하는 데 도움이 솔루션. 모든 고분자 분해 후 모든 용 매를 제거 하는 증발 기를 사용 합니다. 이 분해 과정과 건조을 고분자 말린된 나무 못을 두 번 반복. 
			주의:이 주의 연기 후드에서 수행 되어야 합니다. 톨루엔은 인화성.</li>
		</ol></li> <li>말뚝의 benzaldehyde 종료 반응 <ol><li>플라스 크를 자력 및 tetrahydrofuran (THF, 100 mL)을 추가 하 고는 교 반기를 사용 하 여 말뚝을 분해. 모든 고체를 완전히 해산 솔루션 4-carboxybenzaldehyde (0.90 g, 6.0 mmol)과 4-dimethylaminopyridine (0.07 g, 0.6 m m o l)을 순차적으로 추가.</li>
			<li>추가 N, N &#39;-dicyclohexylcarbodiimide (DCC, 1.25 g, 6.0 mmol)를 솔루션에 추가 건조 튜브 무수 CaCl 2 플라스 크에 가득. 실 온에서 교 반 아래 반응 계속 (~ 20 ° C) 약 12 헤 대 한</li>
		</ol></li> <li>후 반응 과정 <ol><li>반응이 완료 된 후 진공 하 여 솔루션에서 생성 된 백색 고체를 필터링. 솔루션을 아래 흰색 고체 침전을 교 반 찬 diethyl 에테르 (500 mL)에 붓으십시오. 필터에 의해 모든 백색 고체를 수집 하 고 증기 두건에서 고체 건조.</li>
			<li>는 THF에 흰색 고체를 다시 해산, 모든 불 용해성 백색 고체 필터링, 흰색 고체 침전을 신선한 찬 diethyl 에테르에 솔루션을 붓는 다 고 그것을 건조. 2 ~ 3 배,이 과정을 반복 하 고 진공 건조 오븐 (20 ° C, 0.1 mbar) 그들을 완전히 건조에 흰색 고체를 배치. 최종 제품으로 백색 분말을 수집: benzaldehyde 종료 DF 못.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>Hydrogels의 준비 <ol><li>튜브 (10 mL) DF 못 (0.11 g, 0.028 mmol, 0.22 g, 0.055 mmol, 0.44 g, 0.110 mmol)의 다른 양을 무게 이온된 수 (5.0 mL), 추가 하 고 소용돌이 또는 자력 교 반기를 사용 하 여 도움말 폴리머 분해.</li>
		<li>글리콜 키토 산 (0.495 g, 10 -3 mmol x 6.18) 튜브 (50 mL), 이온된 수 (15.0 mL)에 녹이 고 몇 분 동안 소용돌이 사용 하 여 균질 키토 산 용액 (3 wt %).</li>
		<li>글리콜 키토 산 용액 (0.2 mL, 3 wt %)와 추가 DF 못 솔루션 (0.2 mL) 순차적으로 튜브 (2.0 mL). 소용돌이 사용 하 여 몇 분에 솔루션 양식 hydrogels 균질 혼합. 다른 기계적인 힘의 hydrogels 수 있도록 표 1의 비율에 따라. 
		참고: 튜브 반전 메서드를 사용 하는 하이드로 겔은 이미 형성 여부 확인.</li>
	</ol></li> <li>유동성 분석 <ol><li>병렬 강판으로 회전 고분자에 유동성 분석 수행 (직경: 20 m m). 겔 화 테스트에 대 한 낮은 접시에 글리콜 키토 산 용액 (0.2 mL, 3 wt %)를 확산. 다음, 키토 산 솔루션 표면에 고르게 dropwise DF 못 수성 솔루션 (0.2 mL, 2 wt %)를 추가 하 고 신속 하 게는 피 펫과 혼합. 낮은 위 격판덮개를 아래로 하 고 테스트 시작</li>
		<li>하이드로 겔에 대 한 &#39; s 강성 테스트를 원형으로 한 히드로 컷 (직경: 20mm) 저장 모듈러스를 측정 (G &#39;) 주파수 분석 1% 변형에 대 한 값. 전형적인 G &#39; 6.3 rad s 값 &#8722; 1 표 1에 나열 됩니다. 
		참고: 동적 본드는 히드로의 안정화를 위해 하이드로 겔 형성 후 하이드로 겔 0.5 h의 유동성 분석 수행.</li>
		<li>는 하이드로 겔에 대 한 &#39; s 자체 healable 속성 테스트 조각 하는 하이드로 겔을 잘라 하 고 필수적인 부분에 자체를 함께 조각 수집. 원을 만들기 위해 하이드로 겔 조각 잘라 (직경: 20mm) 유동성 분석을 수행 하는 고분자에.</li>
	</ol></li></ol> 2. Hydrogels에 3D 세포 배양 <ol><li>히드로 겔 화 솔루션의 준비 <ol><li>세포 배양 (RPMI-1640, 2.0에에서 추가 무게 DF 말뚝 (0.44 g, 0.11 mmol) 무 균 튜브 (4.0 mL) mL), 및 소용돌이 또는 교 반기를 사용 하 여 고분자 폴리머 솔루션 (20 wt %)를 분해 하는 데 도움이. 주사기 (10.0 mL)에서 솔루션을 로드 하 고 다음 미크론 박테리아 못 벗어난 필터 (0.22 μ m)를 통해 그것을 전달 하 여 소독.</li>
		<li>는 글리콜 키토 산 (0.165 g, 10 -3 mmol x 2.06) 무 균 튜브 (15.0 mL)에 무게, 셀 문화 미디어 (RPMI-1640, 4.0 mL), 그리고 글리콜 키토 산 용액 (4.0 wt %)를 폴리머 분해 있도록 소용돌이에 추가. 주사기 (10.0 mL)에서 솔루션을 로드 하 고 0.22 μ m 박테리아 못 벗어난 필터와 필터.</li>
	</ol></li> <li>Hydrogels에서 세포 배양 주의: 수행 모든 세포 조직 문화 후드에서 관련된 절차. 살 균 기술의 기본 지식으로 예상 된다.
	<ol><li>세포 현 탁 액 <ol><li>RPMI-1640 년에 문화 L929 세포의 준비 중간 보충 10 %FBS, 5% 페니실린 (10 mL)는 페 트리에서 접시 (직경 10 cm), 및 37 ° C, 5% CO 2에서 품 어. 매체를 사용 하기 전에 매일 변경.</li>
			<li>Trypsin (0.025 w/v %)과 EDTA를 포함 하는 PBS를 가진 L929 세포를 수확 (0.01 w/v %), 다음 원심 (70 x g, 5 분) 하 고 다시 RPMI 1640 매체 (1.0 mL)에 셀을 일시 중지. 셀 피 세 보드의 표준 동작을 사용 하 여 계산을 수행 합니다. 다시 셀을 셀 농도 조정 중단 ~ 3.75 × 10 6 셀/mL.</li>
		</ol></li> <li>Hydrogels에 셀 캡슐화 <ol><li>L929 세포 정지 (0.4 mL, 10 6 세포 mL -1 x 3.75) 글리콜 키토 산 용액 (0.4 mL) 튜브 (4.0 mL) 소용돌이 의해 혼합. 공초점 레이저 페 트리 접시의 중앙에 L929/글리콜 키토 산 용액 (0.8 mL)를 플라스틱 (직경 2.0 cm). DF 못 솔루션 (0.2 mL) 같은 그릇에 플라스틱 하 고 부드럽게 솔루션을 조합 하 여 하이드로 겔 형성 유도 플라스틱. 
			참고: 페 트리 접시를 기울임으로써 하이드로 겔 형성 평가.</li>
			<li>직접 세포 배양에 대 한 추가 히드로 위에 RPMI 1640 문화 미디어 (1.0 mL)의 추가 금액. 인큐베이터 (37 ° C, 5% CO 2)에서 포함 하는 셀 hydrogels (1.0 mL, 1.5 wt % 글리콜 키토 산, 4.0 wt %DF 못, 1.5 × 10 6 세포 mL -1)을 넣고 매일 매체를 변경. 하루 1, 3, 5, 및 7 셀 캡슐화 후에 셀 이미징에 대 한 준비.</li>
		</ol></li> <li>Hydrogels 주입 후에 3 차원 셀 후 문화, 준비 로드 셀 하이드로 겔 (1.0 mL 단계 2.2.2 참조) 주사기 (10.0 mL, 48 G 바늘)에. 하이드로 겔 형태의 후 천천히 confocal 영상에 대 한 페 트리 접시에는 히드로 주입. 위에 하이드로 겔 문화 미디어 (1.0 mL)의 추가 금액을 추가 하 고 매일 그것을 변경할. (37 ° C, 5% CO 2) 인큐베이터에서 배양 접시를 넣고 나중 이미징에 대 한 준비. 
		주의: 검사 하 고 주사기의 안전 작업 프로토콜 따라.</li>
	</ol></li> <li>세포 생존 능력 분석 <ol><li>Confocal 관찰 <ol>
			<li>2 번 PBS (1.0 mL)와 hydrogels 린스. Fluorescein diacetate (FDA, 0.5 mL, 0.05 mg/mL)와 15 분 동안 propidium 요오드 화물 (PI, 0.5 mL, 0.08 mg/mL) 솔루션 hydrogels 얼룩. 모든 용 매를 제거 하는 얼룩, 후.</li>
			<li>Hydrogels 488의 여기 파장에서 confocal 현미경을 사용 하 여 관찰 및 543 nm 라이브 시각화 및 죽은 세포, 각각. Z-스택 전체 셀의 동등한 배급을 확인 하기 위해 hydrogels의 모든 2 µ m 깊이 통해 받아. 
			참고: FDA 얼룩 라이브 셀 동안 PI 죽은 세포 얼룩.</li>
		</ol></li> <li>튜브 (4.0 mL)로 5 분 및 피 펫에 대 한 초 산 (HAc, 3 v %, 1.0 mL)와 히드로 (1.0 mL)을 저하. 원심 분리기 (70 x g, 5 분)에 의해 세포를 수집 하 고 다시 RPMI 1640 세포 배양 매체 (1.0 mL)에 셀을 일시 중단. 셀 보드를 계산 하는 혈액을 사용 하 여 계산 수행.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Hoffman, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogels+for+biomedical+applications.">Hydrogels for biomedical applications.</a> Adv. Drug. Deliver. Rev. 64, 18-23 (2012).</li><li>Seliktar, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+cell-compatible+hydrogels+for+biomedical+applications.">Designing cell-compatible hydrogels for biomedical applications.</a> Science. 336 (6085), 1124-1128 (2012).</li><li>Tibbitt, M. W., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogels+as+extracellular+matrix+mimics+for+3D+cell+culture.">Hydrogels as extracellular matrix mimics for 3D cell culture.</a> Biotechnol. Bioeng. 103 (4), 655-663 (2009).</li><li>Sawicki, L. 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Today. 18 (5), 240-249 (2013).</li><li>Yang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facilely+prepared+inexpensive+and+biocompatible+self-healing+hydrogel:+a+new+injectable+cell+therapy+carrier.">Facilely prepared inexpensive and biocompatible self-healing hydrogel: a new injectable cell therapy carrier.</a> Polym. Chem. 3 (12), 3235-3238 (2012).</li><li>Zhang, Y., Tao, L., Li, S., Wei, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+multiresponsive+and+dynamic+chitosan-based+hydrogels+for+controlled+release+of+bioactive+molecules.">Synthesis of multiresponsive and dynamic chitosan-based hydrogels for controlled release of bioactive molecules.</a> Biomacromolecules. 12 (8), 2894-2901 (2011).</li><li>Cao, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+injectable+hydrogel+formed+by+in+situ+cross-linking+of+glycol+chitosan+and+multi-benzaldehyde+functionalized+PEG+analogues+for+cartilage+tissue+engineering.">An injectable hydrogel formed by in situ cross-linking of glycol chitosan and multi-benzaldehyde functionalized PEG analogues for cartilage tissue engineering.</a> J. Mater. Chem. B. 3 (7), 1268-1280 (2015).</li><li>Ding, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dynamic+and+self-crosslinked+polysaccharide+hydrogel+with+autonomous+self-healing+ability.">A dynamic and self-crosslinked polysaccharide hydrogel with autonomous self-healing ability.</a> Soft Matter. 11 (20), 3971-3976 (2015).</li><li>Wei, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-healing+gels+based+on+constitutional+dynamic+chemistry+and+their+potential+applications.">Self-healing gels based on constitutional dynamic chemistry and their potential applications.</a> Chem. Soc. Rev. 43 (23), 8114-8131 (2014).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulus-regulated+3D-cell+proliferation+in+an+injectable+self-healing+hydrogel.">Modulus-regulated 3D-cell proliferation in an injectable self-healing hydrogel.</a> Colloid. Surface. B. 149, 168-173 (2017).</li><li>Tseng, T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Injectable,+Self&#8208;Healing+Hydrogel+to+Repair+the+Central+Nervous+System.">An Injectable, Self&#8208;Healing Hydrogel to Repair the Central Nervous System.</a> Adv. Mater. 27 (23), 3518-3524 (2015).</li><li>Yu, L., Ding, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Injectable+hydrogels+as+unique+biomedical+materials.">Injectable hydrogels as unique biomedical materials.</a> Chem. Soc. Rev. 37 (8), 1473-1481 (2008).</li><li>Yang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+Tumor+Chemotherapy+Effect+by+Using+an+Injectable+Self-healing+Hydrogel+as+Drug+Carrier.">Improving Tumor Chemotherapy Effect by Using an Injectable Self-healing Hydrogel as Drug Carrier.</a> Polym. Chem. , (2017).</li><li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+magnetic+self-healing+hydrogel.">A magnetic self-healing hydrogel.</a> Chem. 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W., Baaijens, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linear+viscoelastic+behavior+of+subcutaneous+adipose+tissue.">Linear viscoelastic behavior of subcutaneous adipose tissue.</a> Biorheology. 45 (6), 677-688 (2008).</li><li>Banerjee, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+hydrogel+modulus+on+the+proliferation+and+differentiation+of+encapsulated+neural+stem+cells.">The influence of hydrogel modulus on the proliferation and differentiation of encapsulated neural stem cells.</a> Biomaterials. 30 (27), 4695-4699 (2009).</li><li>Benoit, D. S., Schwartz, M. P., Durney, A. R., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+functional+groups+for+controlled+differentiation+of+hydrogel-encapsulated+human+mesenchymal+stem+cells.">Small functional groups for controlled differentiation of hydrogel-encapsulated human mesenchymal stem cells.</a> Nat. Mater. 7 (10), 816-823 (2008).</li></ol>

저자는 공개 없다.

하이드로 겔이이 프로토콜 (그림 1)에 두 가지 주요 구성 요소: 자연 폴리머 글리콜 키토 산 합성 benzaldehyde 종료 폴리머 gelator DF 못, 두 생체 재료입니다. DF 말뚝의 합성 단계 수정 반응을 사용 하 여 제공 됩니다. 분자량 4000의 PEG 하이드로 겔 강성 뿐만 아니라 가용성, 수정 효율성의 문제에서이 프로토콜에 선정 되었다. 다른 기계적인 힘을 가진 hydrogels의 시리즈는 다른 고체...

Hydrogels는 많은 양의 물과 부드러운 기계적 성질, 가교 된 고분자 재료 그리고 그들은 많은 바이오-의료1,2에 사용 되었습니다. Hydrogels는 vivo에서세포에 대 한 생리 적인 환경에 매우 비슷한 부드럽고 젖은 환경을 제공할 수 있습니다. 따라서, hydrogels 3D 셀 문화3,4건설 하는 가장 인기 있는 기계 중 하나가 되고있다. 2D 페 트리 접시 세포 배양에 비해, 3 차원 세포 배양 한 세포 외 기질 (ECM) 유사 문의 확산 및 감 별 법 목적5조립 하는 셀에 대 한 microenvironment 제공 하 신속 하 게 전진 했다. 또한, hydrogels 천연 고분자를 포함 하 수 증식 및 분화3셀 바이오 호환 및 추진 환경을 제공 하 고 있다. 합성 중합체에서 파생 된 Hydrogels 동물 유래 단백질 이나 바이러스 같은 복잡 한 영향을 제외 그들의 간단 하 고 명확한 구성 선호 됩니다. 3D 세포 배양에 대 한 모든 히드로 후보자, 중 hydrogels 쉽게 준비 하 고 일관 된 속성을 항상 선호 됩니다. 하이드로 겔의 다른 연구 요구 사항에 맞게 속성 조정 시설 뿐만 아니라6으로 중요 하다.
여기 우리는 글리콜 키토 산 기반의 히드로 동적 것 화학, 3D 셀 문화7다목적 히드로 플랫폼을 사용 하 여 손쉬운 준비 소개. 이 방법에서는, 잘 알려진 바이오 호환 글리콜 키토 산 하이드로 겔의 네트워크의 프레임을 설정 하는 데 사용 됩니다. 아미노 그룹은 hydrogels8의 crosslinkages로 동적 것 유대를 형성 하는 폴리머 gelator로 종료 benzaldehyde 폴 리 에틸렌 글리콜과 반응. 동적 것 유대 형성 하 고 기계적으로 조정 가능한 가교 된 네트워크9,,1011hydrogels 부여 주변 역 고 responsively 분해 수 있습니다. 높은 물 내용을, 바이오 호환 재료, 및 조정 가능한 기계적인 힘는 하이드로 겔 3D 셀 문화12,13L929 세포에 대 한 발판으로 성공적으로 적용 됩니다. 여기에 프로토콜 등 폴리머 gelator 합성, 히드로 준비, 셀 포함, 3D 세포 배양 절차를 자세히 설명 합니다.
히드로 동적 것 crosslinkages, 다중 응답 다양 한 바이오-자극 (산/pH, 비타민 B6 파생 pyridoxal, 단백질 papain, 등)을 포함 하 여, 히드로 것을 나타내는 때문에 여러 가지 다른 기능을 보여 줍니다. 8생리 적 조건 분해를 유도 한다. 하이드로 겔은 또한 자체 healable 고 주 사용는 히드로 최소한의 침략 적 주입 방법을 통해 관리 될 수 및 약물 및 세포 배달14,15에서 얻을. 추가 하 여 기능 첨가제 또는 특정 미리 디자인 된 폴리머 gelators는 히드로 얻고 자기, 온도, pH, 등16,17, 이행할 수 있는 같은 특정 속성에 호환 되는 요구 사항 연구의 넓은 범위. 이러한 속성 주 사용 하는 하이드로 겔의 잠재 능력 약물과 생체 외에서 그리고 vivo에서 생물 의학 연구 및 응용 프로그램에서 셀에 대 한 여러 사업자 공개.

<table><tbody><tr><td>Glycol chitosan</td><td>Wako Pure Chemical Industries</td><td>39280-86-9</td><td>90% degree of deacetylation</td></tr><tr><td>4-Carboxybenzaldehyde</td><td>Shanghai Aladdin&amp;nbsp;Bio-Chem Technology Co.,LTD</td><td>619-66-9</td><td>99%</td></tr><tr><td>N, N&#039;-dicyclohexylcarbodiimide</td><td>Shanghai Aladdin&amp;nbsp;Bio-Chem Technology Co.,LTD</td><td>538-75-0</td><td>99%</td></tr><tr><td>Calcium chloride anhydrous</td><td>Shanghai Aladdin&amp;nbsp;Bio-Chem Technology Co.,LTD</td><td>10043-52-4</td><td>96%</td></tr><tr><td>4-dimethylamiopryidine</td><td>Shanghai Aladdin&amp;nbsp;Bio-Chem Technology Co.,LTD</td><td>1122-58</td><td>99%</td></tr><tr><td>Polyethyleneglycol</td><td>Sino-pharm Chemical Reagent</td><td>5254-43-7</td><td>99%</td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran</td><td>Sino-pharm Chemical Reagent</td><td>109-99-9</td><td>99%</td></tr><tr><td>Toluene</td><td>Sino-pharm Chemical Reagent</td><td>108-88-3</td><td>99%</td></tr><tr><td>Ethyl ether</td><td>Sino-pharm Chemical Reagent</td><td>60-29-7</td><td>99%</td></tr><tr><td>Acetic acid</td><td>Sino-pharm Chemical Reagent</td><td>64-19-7</td><td>99%</td></tr><tr><td>Anhydrous CaCl2</td><td>Sino-pharm Chemical Reagent</td><td>10043-52-4</td><td>99%</td></tr><tr><td>Fluorescein diacetate</td><td>Sigma</td><td>596-09-8</td><td>99%</td></tr><tr><td>Propidium iodide&amp;nbsp;</td><td>Sigma</td><td>25535-16-4</td><td>94%</td></tr><tr><td>RPMI-1640 culture media</td><td>Gibco</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fetal bovine serum</td><td>Gibco</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Trypsin-EDTA</td><td>Gibco</td><td></td><td>0.25%</td></tr><tr><td>PBS</td><td>Solarbio</td><td></td><td>0.01 M</td></tr><tr><td>Penicillin streptomycin solution</td><td>Hyclone</td><td></td><td>10,000 U/mL</td></tr><tr><td>Rheometer</td><td>TA Instrument</td><td></td><td>AR-G2</td></tr><tr><td>Confocal microscope</td><td>Zeiss</td><td></td><td>710-3channel</td></tr><tr><td>L929 Cells</td><td>ATCC</td><td></td><td>NCTC clone 929; L cell, L929, derivative of Strain L</td></tr><tr><td>Evaporator</td><td>EYELA</td><td></td><td>N-1100</td></tr><tr><td>48 guage needle</td><td>ShanghaiZhiyu Medical Material Co., LTD</td><td></td><td>48-guage</td></tr><tr><td>Microscope</td><td>Leica</td><td></td><td>DM3000 B</td></tr><tr><td>Microscope software</td><td>Imaris</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Heat gun</td><td>Confu</td><td></td><td>KF-5843&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Petri dish</td><td>NEST</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

preparation of chitosan-based injectable hydrogels and its application in 3d cell culture

프로토콜 키토 산 기반 hydrogels 동적 것 화학을 사용 하 여 준비 하기 손쉬운 효율적이 고 다양 한 메서드를 제공 합니다. 하이드로 겔 합성된 benzaldehyde 종료 폴리머 gelator와 글리콜 키토 산의 솔루션을 혼합 하 여 준비 되 고 hydrogels 실 온에서 몇 분에 효율적으로 얻을 수 있습니다. 글리콜 키토 산, 폴리머 gelator, 및 물 내용 사이 다양 한 비율에 의해 다른 겔 화 시간 및 강성 다목적 hydrogels 얻을 수 있습니다. 손상, 그것의 외관 및 계수, crosslinkages로 동적 것 유대의 가역 때문에 히드로 복구할 수 있습니다. 이 자체 healable 속성에는 히드로 주입 과정 후 필수 대량 하이드로 겔을 압착된 조각에서 자체 치유 될 수 있기 때문에 주사 될 수 있습니다. 하이드로 겔 멀티 동적 것 유대의 다른 평형 상태 때문에 많은 바이오-액티브 자극에 반응 이기도합니다. 이 히드로 바이오 호환으로 확인 됐다 고 L929 마우스 fibroblast 세포 포함 된 다음과 같은 표준 절차 이었고 셀 확산 쉽게 3D 세포 배양 과정에 의해 평가 되었다. 히드로 셀에 대 한 3D 환경의 생리 적 모방 이익이 되었다 다른 연구에 대 한 조정 플랫폼을 제공할 수 있습니다. 다중 응답, 자체 healable 및 주 사용 속성을 함께 hydrogels 마약과 셀 미래 바이오-의료 응용 프로그램에 대 한 여러 사업자로 잠재적으로 적용할 수 있습니다.

하이드로 겔 준비 및 3D 세포 배양으로 그것의 사용에이 프로토콜의 프레 젠 테이 션이 회로도 그림 1에 제공 됩니다. 하이드로 겔의 내용과 다른 기계적인 힘으로 준비 하는 비율의 정보는 표 1에 요약 됩니다. 히드로 자체 healable 고 유동성 재산 저장 모듈러스 주파수 테스트 그림2에서 대 여 히드로 강성을 선물 한다. 셀 공초점 영상과 hydro...

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Preparation of Chitosan-based Injectable Hydrogels and Its Application in 3D Cell Culture

여기는 키토 산 기반의 주 사용 hydrogels 동적 것 화학을 사용 하 여 손쉬운 준비에 설명 합니다. 하이드로 겔의 기계적 강도 및 3D 세포 배양에서의 응용 프로그램을 조정 하는 방법은 제시 하는.

주 사용 Hydrogels 키토 산 기반 및 3D 세포 배양에서의 응용의 준비

The protocol presents a facile, efficient, and versatile method to prepare chitosan-based hydrogels using dynamic imine chemistry. The hydrogel is ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

19.0K 조회수.  Tsinghua University. 여기는 키토 산 기반의 주 사용 hydrogels 동적 것 화학을 사용 하 여 손쉬운 준비에 설명 합니다. 하이드로 겔의 기계적 강도 및 3D 세포 배양에서의 응용 프로그램을 조정 하는 방법은 제시 하는.

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Easy Manipulation of Architectures in Protein-based Hydrogels for Cell Culture Applications

Hydrogels are recognized as promising materials for cell culture applications due to their ability to provide highly hydrated cell environments. The field of 3D templates is rising due to the potential resemblance of those materials to the natural extracellular matrix. Protein-based hydrogels are particularly promising because they can easily be functionalized and can achieve defined structures with adjustable physicochemical properties. However, the production of macroporous 3D templates for cell culture applications using natural materials is often limited by their weaker mechanical properties compared to those of synthetic materials. Here, different methods were evaluated to produce macroporous bovine serum albumin (BSA)-based hydrogel systems, with adjustable pore sizes in the range of 10 to 70 &#181;m in radius. Furthermore, a method to generate channels in this protein-based material that are several hundred microns long was established. The different methods to produce pores, as well as the influence of pore size on material properties such as swelling ratio, pH, temperature stability, and enzymatic degradation behavior, were analyzed. Pore sizes were investigated in the native, swollen state of the hydrogels using confocal laser scanning microscopy. The feasibility for cell culture applications was evaluated using a cell-adhesive RGD peptide modification of the protein system and two model cell lines: human breast cancer cells (A549) and adenocarcinomic human alveolar basal epithelial cells (MCF7).

Different methods to manipulate three-dimensional architecture in protein-based hydrogels are evaluated here with respect to material properties. The macroporous networks are functionalized with a cell-adhesive peptide, and their feasibility in cell culture is evaluated using two different model cell lines.

셀 문화 응용 프로그램에 대 한 단백질 기반 Hydrogels 아키텍처의 쉬운 조작

Hydrogels are recognized as promising materials for cell culture applications due to their ability to provide highly hydrated cell environments. The field ...

연구

생화학

Constructing a Collagen Hydrogel for the Delivery of Stem Cell-loaded Chitosan Microspheres

Multipotent stem cells have been shown to be extremely useful in the field of regenerative medicine1-3. However, in order to use these cells effectively for tissue regeneration, a number of variables must be taken into account. These variables include: the total volume and surface area of the implantation site, the mechanical properties of the tissue and the tissue microenvironment, which includes the amount of vascularization and the components of the extracellular matrix. Therefore, the materials being used to deliver these cells must be biocompatible with a defined chemical composition while maintaining a mechanical strength that mimics the host tissue. These materials must also be permeable to oxygen and nutrients to provide a favorable microenvironment for cells to attach and proliferate. Chitosan, a cationic polysaccharide with excellent biocompatibility, can be easily chemically modified and has a high affinity to bind with in vivo macromolecules4-5. Chitosan mimics the glycosaminoglycan portion of the extracellular matrix, enabling it to function as a substrate for cell adhesion, migration and proliferation. In this study we utilize chitosan in the form of microspheres to deliver adipose-derived stem cells (ASC) into a collagen based three-dimensional scaffold6. An ideal cell-to-microsphere ratio was determined with respect to incubation time and cell density to achieve maximum number of cells that could be loaded. Once ASC are seeded onto the chitosan microspheres (CSM), they are embedded in a collagen scaffold and can be maintained in culture for extended periods. In summary, this study provides a method to precisely deliver stem cells within a three dimensional biomaterial scaffold.

A major hurdle in current stem cell therapies is determining the most effective method to deliver these cells to host tissues. Here, we describe a chitosan-based delivery method that is efficient and simple in approach, while allowing adipose-derived stem cells to maintain their multipotency.

줄기 세포 - 로드된 키토산 Microspheres의 배달을 위해 콜라겐 히드로겔을 구축

Multipotent stem cells have been shown to be extremely useful in the field of regenerative medicine1-3. However, in order to use these cells effectively ...

생체공학

3D Hydrogel Scaffolds for Articular Chondrocyte Culture and Cartilage Generation

Human articular cartilage is highly susceptible to damage and has limited self-repair and regeneration potential. Cell-based strategies to engineer cartilage tissue offer a promising solution to repair articular cartilage. To select the optimal cell source for tissue repair, it is important to develop an appropriate culture platform to systematically examine the biological and biomechanical differences in the tissue-engineered cartilage by different cell sources. Here we applied a three-dimensional (3D) biomimetic hydrogel culture platform to systematically examine cartilage regeneration potential of juvenile, adult, and osteoarthritic (OA) chondrocytes. The 3D biomimetic hydrogel consisted of synthetic component poly(ethylene glycol) and bioactive component chondroitin sulfate, which provides a physiologically relevant microenvironment for in vitro culture of chondrocytes. In addition, the scaffold may be potentially used for cell delivery for cartilage repair in vivo. Cartilage tissue engineered in the scaffold can be evaluated using quantitative gene expression, immunofluorescence staining, biochemical assays, and mechanical testing. Utilizing these outcomes, we were able to characterize the differential regenerative potential of chondrocytes of varying age, both at the gene expression level and in the biochemical and biomechanical properties of the engineered cartilage tissue. The 3D culture model could be applied to investigate the molecular and functional differences among chondrocytes and progenitor cells from different stages of normal or aberrant development.

Cartilage repair represents an unmet medical challenge and cell-based approaches to engineer human articular cartilage are a promising solution. Here, we describe three-dimensional (3D) biomimetic hydrogels as an ideal tool for the expansion and maturation of human articular chondrocytes.

관절 연골 세포 문화와 연골 생성을위한 3D 하이드로 겔 공사장 공중 발판

Human articular cartilage is highly susceptible to damage and has limited self-repair and regeneration potential. Cell-based strategies to engineer ...

Formation of Human Periodontal Ligament Cell Spheroids on Chitosan Films

Periodontal ligament (PDL) cells hold great promise for periodontal tissue regeneration. Conventionally, PDL cells are cultured on two-dimensional (2D) substrates such as tissue culture polystyrene (TCPS). However, characteristic changes of PDL cells have been observed during in vitro culture. This phenomenon is probably because the 2D TCPS differs from the in vivo three-dimensional (3D) microenvironment. Compared to cells cultured on 2D substrates, cells grown in a 3D microenvironment exhibit more similarities to in vivo cells. Therefore, 3D cell culture models provide a promising alternative for conventional 2D monolayer cell culture. To improve conventional PDL cell culture models, we have recently developed a 3D cell culture method, which is based on spheroid formation of PDL cells on chitosan films. Here, we present detailed cell spheroid culture protocols based on chitosan films. The 3D culture system of PDL cellular spheroids overcome some of the limitations related to conventional 2D monolayer cell culture, and thus may be suitable for producing PDL cells with an enhanced therapeutic efficacy for future periodontal tissue regeneration.

Here, we present protocols of culturing human periodontal ligament (PDL) cell spheroids by chitosan films. The culture of three-dimensional (3D) cellular spheroids provides an alternative to conventional tissue culture polystyrene (TCPS) culture system.

키토산 필름에 인간 치주 인대 세포 스페로이드의 형성

Periodontal ligament (PDL) cells hold great promise for periodontal tissue regeneration. Conventionally, PDL cells are cultured on two-dimensional (2D) ...

발생학

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 ...

3D Microtissues for Injectable Regenerative Therapy and High-throughput Drug Screening

To upgrade traditional 2D cell culture to 3D cell culture, we have integrated microfabrication with cryogelation technology to produce macroporous microscale cryogels (microcryogels), which can be loaded with a variety of cell types to form 3D microtissues. Herein, we present the protocol to fabricate versatile 3D microtissues and their applications in regenerative therapy and drug screening. Size and shape-controllable microcryogels can be fabricated on an array chip, which can be harvested off-chip as individual cell-loaded carriers for injectable regenerative therapy or be further assembled on-chip into 3D microtissue arrays for high-throughput drug screening. Due to the high elastic nature of these microscale cryogels, the 3D microtissues exhibit great injectability for minimally invasive cell therapy by protecting cells from mechanical shear force during injection. This ensures enhanced cell survival and therapeutic effect in the mouse limb ischemia model. Meanwhile, assembly of 3D microtissue arrays in a standard 384-multi-well format facilitates the use of common laboratory facilities and equipment, enabling high-throughput drug screening on this versatile 3D cell culture platform.

This protocol describes the fabrication of elastic 3D macroporous microcryogels by integrating microfabrication with cryogelation technology. Upon loading with cells, 3D microtissues are generated, which can be readily injected in vivo to facilitate regenerative therapy or assembled into arrays for in vitro high-throughput drug screening.

주 사용 재생 치료와 높은 처리량 마약 검사에 대 한 3D Microtissues

To upgrade traditional 2D cell culture to 3D cell culture, we have integrated microfabrication with cryogelation technology to produce macroporous ...

Production of Elastin-like Protein Hydrogels for Encapsulation and Immunostaining of Cells in 3D

Two-dimensional (2D) tissue culture techniques have been essential for our understanding of fundamental cell biology. However, traditional 2D tissue culture systems lack a three-dimensional (3D) matrix, resulting in a significant disconnect between results collected in vitro and in vivo. To address this limitation, researchers have engineered 3D hydrogel tissue culture platforms that can mimic the biochemical and biophysical properties of the in vivo cell microenvironment. This research has motivated the need to develop material platforms that support 3D cell encapsulation and downstream biochemical assays. Recombinant protein engineering offers a unique toolset for 3D hydrogel material design and development by allowing for the specific control of protein sequence and therefore, by extension, the potential mechanical and biochemical properties of the resultant matrix. Here, we present a protocol for the expression of recombinantly-derived elastin-like protein (ELP), which can be used to form hydrogels with independently tunable mechanical properties and cell-adhesive ligand concentration. We further present a methodology for cell encapsulation within ELP hydrogels and subsequent immunofluorescent staining of embedded cells for downstream analysis and quantification.

Recombinant protein-engineered hydrogels are advantageous for 3D cell culture as they allow for complete tunability of the polymer backbone and therefore, the cell microenvironment. Here, we describe the process of recombinant elastin-like protein purification and its application in 3D hydrogel cell encapsulation.

캡슐화 및 3d에서 셀의 Immunostaining에 대 한 엘라 스 틴 같은 단백질 Hydrogels의 생산

Two-dimensional (2D) tissue culture techniques have been essential for our understanding of fundamental cell biology. However, traditional 2D tissue ...

Bioprintable Alginate/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro Model Systems Induce Cell Spheroid Formation

The cellular, biochemical, and biophysical heterogeneity of the native tumor microenvironment is not recapitulated by growing immortalized cancer cell lines using conventional two-dimensional (2D) cell culture. These challenges can be overcome by using bioprinting techniques to build heterogeneous three-dimensional (3D) tumor models whereby different types of cells are embedded. Alginate and gelatin are two of the most common biomaterials employed in bioprinting due to their biocompatibility, biomimicry, and mechanical properties. By combining the two polymers, we achieved a bioprintable composite hydrogel with similarities to the microscopic architecture of a native tumor stroma. We studied the printability of the composite hydrogel via rheology and obtained the optimal printing window. Breast cancer cells and fibroblasts were embedded in the hydrogels and printed to form a 3D model mimicking the in vivo microenvironment. The bioprinted heterogeneous model achieves a high viability for long-term cell culture (&#62; 30 days) and promotes the self-assembly of breast cancer cells into multicellular tumor spheroids (MCTS). We observed the migration and interaction of the cancer-associated fibroblast cells (CAFs) with the MCTS in this model. By using bioprinted cell culture platforms as co-culture systems, it offers a unique tool to study the dependence of tumorigenesis on the stroma composition. This technique features a high-throughput, low cost, and high reproducibility, and it can also provide an alternative model to conventional cell monolayer cultures and animal tumor models to study cancer biology.

Bioprintable Alginate/Gelatin Hydrogel 3D In Vitro Model Systems Induce Cell Spheroid Formation

We developed a heterogeneous breast cancer model consisting of immortalized tumor and fibroblast cells embedded in a bioprintable alginate/gelatin bioink. The model recapitulates the in vivo tumor microenvironment and facilitates the formation of multicellular tumor spheroids, yielding insight into the mechanisms driving tumorigenesis.

셀 회전 타원 체 형성을 유발 하는 모델 시스템에 3D 생체 외에서 Bioprintable Alginate/젤라틴 하이드로 겔

The cellular, biochemical, and biophysical heterogeneity of the native tumor microenvironment is not recapitulated by growing immortalized cancer cell ...

Protocols of 3D Bioprinting of Gelatin Methacryloyl Hydrogel Based Bioinks

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed from mammal collagen. Thus, the arginine-glycine-aspartic acid (RGD) sequences and target motifs of matrix metalloproteinase (MMP) remain on the molecular chains, which help achieve cell attachment and degradation. Furthermore, formation properties of GelMA are versatile. The methacrylamide groups allow a material to become rapidly crosslinked under light irradiation in the presence of a photoinitiator. Therefore, it makes great sense to establish suitable methods for synthesizing three-dimensional (3D) structures with this promising material. However, its low viscosity restricts GelMA's printability. Presented here are methods to carry out 3D bioprinting of GelMA hydrogels, namely the fabrication of GelMA microspheres, GelMA fibers, GelMA complex structures, and GelMA-based microfluidic chips. The resulting structures and biocompatibility of the materials as well as the printing methods are discussed. It is believed that this protocol may serve as a bridge between previously applied biomaterials and GelMA as well as contribute to the establishment of GelMA-based 3D architectures for biomedical applications.

Presented here is a method for the 3D bioprinting of gelatin methacryloyl.

젤라틴 메타크릴 하이드로겔 기반 바이오잉크의 3D 바이오프린팅 프로토콜

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed ...

Fabrication of Size-Controlled and Emulsion-Free Chitosan-Genipin Microgels for Tissue Engineering Applications

Chitosan microgels are of significant interest in tissue engineering due to their wide range of applications, low cost, and immunogenicity. However, chitosan microgels are commonly fabricated using emulsion methods that require organic solvent rinses, which are toxic and harmful to the environment. The present protocol presents a rapid, non-cytotoxic, non-emulsion-based method for fabricating chitosan-genipin microgels without the need for organic solvent rinses. The microgels described herein can be fabricated with precise size control. They exhibit sustained release of biomolecules, making them highly relevant for tissue engineering, biomaterials, and regenerative medicine. Chitosan is crosslinked with genipin to form a hydrogel network, then passed through a syringe filter to produce the microgels. The microgels can be filtered to create a range of sizes, and they show pH-dependent swelling and degrade over time enzymatically. These microgels have been employed in a rat growth plate injury model and were demonstrated to promote increased cartilage tissue repair and to show complete degradation at 28 days in vivo. Due to their low cost, high convenience, and ease of fabrication with cytocompatible materials, these chitosan microgels present an exciting and unique technology in tissue engineering.

The present protocol describes a non-emulsion-based method for the fabrication of chitosan-genipin microgels. The size of these microgels can be precisely controlled, and they can display pH-dependent swelling, degrade in vivo,&#160;and be loaded with therapeutic molecules that release over time in a sustained manner, making them highly relevant for tissue engineering applications.

조직 공학 응용 분야를 위한 크기 조절 및 무유제 키토산-제니핀 마이크로젤 제조

Chitosan microgels are of significant interest in tissue engineering due to their wide range of applications, low cost, and immunogenicity. However, ...