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Nous présentons ici un protocole pour la fabrication de plaques de nanostructures dégradé par l’intermédiaire de dispositifs thermiques et la méthode de dépistage des réponses des cellules progénitrices endothéliales humaines pour les nanostructures. En utilisant la technique décrite, il est possible de produire un échafaudage qui peut manipuler le comportement de la cellule par des stimuli physiques.
Nanotopography se trouvent dans diverses matrices extracellulaires (ECMs) autour du corps et est connu pour avoir des mesures de réglementation importants sur les réactions cellulaires. Toutefois, il est difficile de déterminer la relation entre la taille d’une nanostructure et les réponses des cellules en raison du manque d’outils de dépistage approprié. Ici, nous montrons l’évolution des plaques de nanostructures gradient reproductible et rentable pour la manipulation des réponses cellulaires. À l’aide d’oxyde d’aluminium anodique (AAO) comme un maître moule, plaques de nanostructures dégradé avec nanopillars de diamètre croissant s’étend [120-200 nm (GP 120/200), 200-280 nm (GP 200/280) et 280-360 nm (GP 280/360)] ont été fabriquées par un thermique, technique d’impression. Ces plaques de nanostructures gradient ont été conçus pour imiter les différentes tailles de nanotopography dans l’ECM et ont été utilisés pour dépister les réponses des cellules endothéliales humaines formatrices (hECFCs). Dans ce protocole, nous décrivons la procédure étape par étape de fabrication de nanostructures gradient plaques pour cellule ingénierie, techniques de culture hECFCs de sang périphérique humain et culture hECFCs sur des plaques de nanostructures.
Récemment, la réponse des cellules par la stimulation physique de topographie de surface a été mis en lumière dans le domaine de l’ingénierie cellulaire1,2,3,4. Par conséquent, plus d’attention s’est concentrée sur des nanostructures en trois dimensions à la surface d’accessoires cellule5. Il a été signalé que l’intégrine, qui est le dispositif de reconnaissance de surface de la cellule, transmet le stimulus physique entraîné par les structures micro-nano d’ECM par mécanotransduction6. Cette stimulation mécanique réglemente le comportement cellulaire par le biais de conseils contact7 et induit la réorganisation du cytosquelette à changer de forme, en plus des adhésions focales et de rigidité des cellules8.
Cellules progénitrices endothéliales humaines (hEPCs) dans le corps interagissent étroitement avec le microenvironnement des ECM environnantes9. Cela indique que l’état physique de l’ECM agit comme un paramètre important pour la formation d’un complexe adhérence cellule-matrice spécifique autant que la contrainte de cisaillement dérivés de sang flux10. Il est rapporté que nanotopography surface favorise la formation in vitro des réseaux vastes tube capillaire de hEPCs11 et qu’un facteur soluble ECM/bio système combiné permet aux hEPCs de reconnaître des substrats dysfonctionnels et favorise plaie de guérison12,13. Néanmoins, la relation entre ECM et hEPCs n’est pas clairement comprise.
Bien que de nombreux chercheurs a tenté de clarifier la relation entre les réponses des cellules et des repères physiques à partir de différents substrats14,15,16, ces études utilisé uniquement la taille fixe d’une nanostructure ou nanopatterns avec des dispositions irrégulières qui ont une limitation pour élucider la relation entre la taille du comportement nanostructure et cellule. Le problème, c’est un manque d’outils adaptés pour le dépistage des réponses cellulaires qui peuvent remplacer les méthodes existantes de fastidieux et itératives pour trouver la taille optimale de la nanostructure. Par conséquent, une technique simple est nécessaire pour le dépistage des réactions cellulaires sur les stimulations physiques sans répétition.
Nous décrivons ici une méthode utilisée dans nos précédents rapports17,18,19 pour produire un gradient nanostructures dans lequel le diamètre de la nanopillars arrangé augmente progressivement. En outre, nous avons également décrit comment cultiver et analyser le comportement des hECFCs sur des plaques de nanostructures dégradé pour déterminer l’effet de stimuli physiques sur les cellules. Un douce anodisation, gravure progressive et méthode de revêtement anti-collage couche ont été utilisées pour fabriquer moule AAO dégradé. En adoptant la technique de la lithographie d’impression thermique, nanopatterns gradients polystyrène identiques ont été produites de manière rentable et facile. À l’aide de nanopatterns dégradé, il est possible de déterminer quelle taille de nanostructure a une grande influence sur le comportement de la cellule dans un ensemble d’expérience. Nous prévoyons que ce gradient nanostructures sera utile pour comprendre les mécanismes d’interaction entre hECFC dérivés du sang ou autres cellules et des nanostructures de différentes tailles.
Cette étude a été approuvée par l’Institutional Review Board à Korea University Hospital Anam (IRB no ED170495). Toutes les procédures ont été effectués conformément à la déclaration d’Helsinki et ses amendements ultérieurs.
1. préparation du substrat d’aluminium (Al) par polissage électrolytique
Mise en garde : Solution de polissage électrolytique est corrosif et toxique. Porter des équipements de protection individuelle, y compris les gants en nitrile, lunettes et blouse de laboratoire. Effectuez cette étape sous une hotte.
2. fabrication de moule AAO dégradé avec électrolyte acide phosphorique
Mise en garde : Alcool méthylique et ses vapeurs sont toxiques oculaire. Peut entraîner une exposition continue au chrome chrome grave empoisonnement. Effectuez cette étape sous une hotte.
3. dépôt de couche anti-collage sur moule AAO dégradé avec des monocouches auto-assemblées
Remarque : Effectuez les étapes 3.2.1 à 3.3.3 dans une boîte à gants. Connecter une pompe à vide et un injecteur de gaz azote sec à la boîte à gants. Placer tous les échantillons, réactifs et appareils dans la boîte à gants avant le processus de déshumidification. Répétez le cycle d’injection de gaz d’évacuation et de l’azote plus de trois fois pour bien enlever l’humidité de la boîte à gants. Laissez l’azote sec débit à travers l’expérience.
4. fabrication des plaques de nanostructures dégradé par impression thermique
Remarque : Effectuez les étapes de 4,2 à 4,7 dans une salle blanche.
5. stérilisation et hydrophile Modification des plaques de nanostructures dégradé
6. la culture du hECFCs
Remarque : Effectuer toutes les procédures de centrifuger à 4 ° C, sauf indication contraire.
7. ensemencement de cellules et de la Culture sur les plaques de nanostructures dégradé
Remarque : Étape 7 décrit la culture des hECFCs sur la plaque de nanostructures dégradé, mais les autres sources de cellules peuvent également être utilisés.
8. observation et analyse
La figure 1 montre des images de la SEM des moules AAO gradients fabriqués selon leur type et leur position. Figure 2 montre les images de la SEM des plaques de nanostructures dégradé avec nanopillars arrondies régulières, et la Figure 3 est données de quantification du diamètre nanopillar. Le tableau 1 répertorie les caractéristiques de la nanopillars préfabriqués.
Fabrication d’un AAO souvent souffre de défauts tels que fissures, des formes irrégulières des pores et brûlant. La principale raison de ces défauts est appelée une répartition électrolytique, qui est fortement affectée par la nature des substrats métalliques étant anodisé et la résistivité de l' électrolyte21. Étant donné que la résistivité de l’électrolyte varie en fonction de sa température, éliminer la chaleur en continu des électrodes est le point critique pour main...
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été soutenu par le programme de recherche de sciences fondamentales grâce à la Fondation de la recherche nationale de Corée (NRF) financé par le ministère de l’éducation, Science et technologie (MEST) [FRO-2015R1D1A1A01060397] et Bio & développement de la technologie médicale Programme de la NRF, financée par le ministère de la Science, TIC & avenir planification [FRO-2017M3A9C6029563].
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Perchloric acid 60% | Daejung Chemicals & Metals | 6512-4100 | |
Ethyl alcohol, absolute 99.9% | Daejung Chemicals & Metals | 4118-4100 | |
Phosphoric acid 85% | Daejung Chemicals & Metals | 6532-4400 | |
Methyl alcohol 99.5% | Daejung Chemicals & Metals | 5558-4400 | |
Chromium(VI) oxide | Daejung Chemicals & Metals | 2558-4400 | |
Sulfuric acid 95% | Daejung Chemicals & Metals | 7781-4100 | |
Hydrogen peroxide 30% | Daejung Chemicals & Metals | 4104-4400 | |
n-hexane 95% | Daejung Chemicals & Metals | 4081-4400 | |
Toluene 99.5% | Daejung Chemicals & Metals | 8541-4400 | |
(heptadecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrodecyl)dimethylchlorosilane | Gelest | SIH5840.4 | Moisture sensitive |
Methoxynonafluorobutane 99% | Sigma aldrich | 464309 | |
Collagen solution | Stemcell | #4902 | |
Gelatin | Sigma aldrich | G1890 | Protein coating solution |
Ficoll-Paque | GE Heathcare | 17-1440-03 | Hydrophilic polysaccharide solution |
EGM-2MV | Lonza | CC-3202 | Endothelial cell expansion medium |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140-122 | |
Phosphate buffered saline | Gibco | 10010031 | |
Fetal bovine serum | Gibco | 12483-020 | |
Paraformaldehyde | Sigma aldrich | P6148 | |
Glutaraldehyde | Sigma aldrich | G5882-100ML | |
Osmium tetroxide | Sigma aldrich | 201030-1G | |
Hexamethyldisilazane | Sigma aldrich | 440191 | |
Triton X-100 | Sigma aldrich | X100-100ML | Octylphenol ethoxylate |
Goat serum | Gibco | 26050-088 | |
anti-human vinculin primary antibody | Sigma aldrich | V9131 | |
F-actin probe | Molecular Probes | A12379 | Fluorescence-conjugated phalloidin |
Alexa Fluor 488-conjugated anti-mouse IgG antibody | Molecular Probes | A11001 | Fluorescence-conjugated secondary antibody |
4',6-diamidino-2-phenylindole | Sigma aldrich | D9542 | |
Mounting medium | DAKO | S3023 | |
Anti-human vWF primary antibody | DAKO | A0082 | |
Anti-human CD144 primary antibody | BD Biosciences | #555661 | |
Eponate 12™ Embedding Kit, with BDMA | Ted Pella | 18012 | Epoxy resin |
Uranyl Acetate, 25g | Ted Pella | 19481 | |
Lead Citrate, Trihydrate, 10g | Ted Pella | 19312 | |
Ultra pure aluminum plate | Goodfellow | 26050-088 | |
Polystyrene sheet | Goodfellow | ST313120 | |
8.0" silicon wafer | Siltron | 29-01024-03 | Single side polished, 725 µm thick |
Vacuum desiccator, 4.4 L | Kartell | KA.230 | |
Vacuum pump | Vacuumer | V3.VOP100 | |
Power supply | Unicorntech | UDP-3003 | |
Magnetic stirrer | Daihan scientific | SL.SMS03022 | |
Overhead stirrer | Daihan scientific | HT120DX | |
Circulator | Daihan scientific | WCR-P12 | |
Linear moving stage | Zaber | A-LSQ300A-E01-KT07 | |
Angle bracket, 90 degrees | Zaber | AB90M | Accessory of the linear moving stage |
PMP forcep, 145 mm | Vitlab | 67995 | Nonmetallic tweezer |
PTFE beaker, 250 mL | Cowie | CW007.25 | |
Ultrasonic cleaner | Branson | B2510MTH | |
PCB cutter | Hozan Tool Industrial | K-110 | |
Nanoimprint device | Nanonex | NX-2000 | |
Oxygen plasma generator | Femto Science | CUTE | |
Low temperature sterilizer | Lowtem | Crystal 50 | |
CO2 Incubator | Panasonic | MCO-18AC | |
Confoal laser scanning microscope | Carl Zeiss | LSM700 | |
Scanning electron microscope | JEOL | JSM6701 | |
Transmission electron microscope | Hitachi | H-7500 |
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