Name: easy manipulation of architectures in protein-based hydrogels for cell culture applications
Uploaded: 2017-08-04T11:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Easy Manipulation of Architectures in Protein-based Hydrogels for Cell Culture Applications at JoVE.com

Авторы хотели бы поблагодарить Баден-Вюртемберг Stiftung за их финансовую поддержку в рамках «Bioinspired материал синтез» (биотекстили-14).

1. гидрогеля подготовка
<ol>
	<li>Смешайте 200 мг БСА с 1 мл раствора дейонизированной H2O для создания 20% (w/v) BSA запаса (запасов решение A).</li>
	<li>Mix 165 мкл раствора (134 мг/мл) THPC с 4.835 мл обессоленной воды для создания THPC складе раствор (запасов B).</li>
	<li>Весят 1 мг KCSSGKSRGDS (1,111.1 г/моль) пептида (или эк...

<ol>
	<li>Geckil, H., Xu, F., Zhang, X., Moon, S., Demirki, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+hydrogels+as+extracellular+matrix+mimics.">Engineering hydrogels as extracellular matrix mimics.</a> Nanomedicine. 5 (3), 469-484 (2011).</li><li>Liu, Y., Chan-Park, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+biomimetic+hydrogel+based+on+methacrylated+dextran-graft-lysine+and+gelatin+for+3D+smooth+muscle+cell+culture.">A biomimetic hydrogel based on methacrylated dextran-graft-lysine and gelatin for 3D smooth muscle cell culture.</a> Biomaterials. 31 (6), 1158-1170 (2010).</li><li>Raic, A., R&#246;dling, L., Kalbacher, H., Lee-Thedieck, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+macroporous+PEG+hydrogels+as+3D+scaffolds+for+the+multiplication+of+human+hematopoietic+stem+and+progenitor+cells.">Biomimetic macroporous PEG hydrogels as 3D scaffolds for the multiplication of human hematopoietic stem and progenitor cells.</a> Biomaterials. 35 (3), 929-940 (2014).</li><li>Wong Po Foo, C. T. S., Lee, J. S., Mulyasasmita, W., Parisi-Amon, A., Heilshorn, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-component+protein-engineered+physical+hydrogels+for+cell+encapsulation.">Two-component protein-engineered physical hydrogels for cell encapsulation.</a> Proc Nat Acad Sci USA. 106 (52), 22067-22072 (2009).</li><li>Zhu, J., Marchant, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+properties+of+hydrogel+tissue-engineering+scaffolds.">Design properties of hydrogel tissue-engineering scaffolds.</a> Expert Rev Med Devic. 8 (5), 607-626 (2011).</li><li>Samaryk, V., 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=Versatile+Approach+to+Develop+Porous+Hydrogels+with+a+Regular+Pore+Distribution+and+Investigation+of+their+Physicomechanical+Properties.">Versatile Approach to Develop Porous Hydrogels with a Regular Pore Distribution and Investigation of their Physicomechanical Properties.</a> J Appl Polym Sci. 114 (4), 2204-2212 (2009).</li><li>Li, X. J., Valadez, A. V., Zuo, P., Nie, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+3D+cell+culture:+potential+application+for+tissue-based+bioassays.">Microfluidic 3D cell culture: potential application for tissue-based bioassays.</a> Bioanalysis. 4 (12), 1509-1525 (2012).</li><li>Park, H., Guo, X., 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=Effect+of+Swelling+Ratio+of+Injectable+Hydrogel+Composites+on+Chondrogenic+Differentiation+of+Encapsulated+Rabbit+Marrow+Mesenchymal+Stem+Cells+In+Vitro.">Effect of Swelling Ratio of Injectable Hydrogel Composites on Chondrogenic Differentiation of Encapsulated Rabbit Marrow Mesenchymal Stem Cells In Vitro.</a> Biomacromolecules. 10 (3), 541-546 (2010).</li><li>Stokols, S., Tuszynski, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fabrication+and+characterization+of+linearly+oriented+nerve+guidance+scaffolds+for+spinal+cord+injury.">The fabrication and characterization of linearly oriented nerve guidance scaffolds for spinal cord injury.</a> Biomaterials. 25 (27), 5839-5846 (2004).</li><li>Sung, K. E., 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=Understanding+the+Impact+of+2D+and+3D+Fibroblast+Cultures+on+In+Vitro+Breast+Cancer+Models.">Understanding the Impact of 2D and 3D Fibroblast Cultures on In Vitro Breast Cancer Models.</a> PLoS One. 8 (10), 1-13 (2013).</li><li>Tsai, E. C., Dalton, P. D., Shoichet, M. S., Tator, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+hydrogel+guidance+channels+facilitate+regeneration+of+adult+rat+brainstem+motor+axons+after+complete+spinal+cord+transection.">Synthetic hydrogel guidance channels facilitate regeneration of adult rat brainstem motor axons after complete spinal cord transection.</a> J Neurotrauma. 21 (6), 789-804 (2004).</li><li>Shoichet, M. S., Li, R. H., White, M. L., Winn, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+of+hydrogels+used+in+cell+encapsulation:+An+in+vitro+comparison+of+alginate+and+agarose.">Stability of hydrogels used in cell encapsulation: An in vitro comparison of alginate and agarose.</a> Biotechnol Bioeng. 50 (4), 374-381 (1996).</li><li>Chiu, Y. -. C., Kocag&#246;z, S., Larson, J. C., Brey, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+physical+and+mechanical+properties+of+porous+poly+(ethylene+glycol)-co-(L-lactic+acid)+hydrogels+during+degradation.">Evaluation of physical and mechanical properties of porous poly (ethylene glycol)-co-(L-lactic acid) hydrogels during degradation.</a> PloS One. 8 (4), e60728 (2013).</li><li>Jonker, A. M., L&#246;wik, D. W. P. M., van Hest, J. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptide-+and+Protein-Based+Hydrogels.">Peptide- and Protein-Based Hydrogels.</a> Chem Mater. 24 (5), 759-766 (2012).</li><li>Bodenberger, N., 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=Beyond+bread+and+beer:+whole+cell+protein+extracts+from+baker's+yeast+as+a+bulk+source+for+3D+cell+culture+matrices.">Beyond bread and beer: whole cell protein extracts from baker's yeast as a bulk source for 3D cell culture matrices.</a> Appl Microbiol Biot. 101 (5), 1-11 (2016).</li><li>Bodenberger, N., Paul, P., Kubiczek, D., Walther, P., Gottschalk, K. E., Rosenau, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+cheap+and+easy+to+handle+protein+hydrogel+for+3D+cell+culture+applications+a+high+stability+matrix+with+tunable+elasticity+and+cell+adhesion+properties.">A novel cheap and easy to handle protein hydrogel for 3D cell culture applications a high stability matrix with tunable elasticity and cell adhesion properties.</a> Chem Sel. 1 (7), 1353-1360 (2016).</li><li>Agarwal, S., Wendorff, J. H., Greiner, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+electrospinning+technique+for+biomedical+applications.">Use of electrospinning technique for biomedical applications.</a> Polymer. 49 (26), 5603-5621 (2008).</li><li>Hong, J., deMello, A. J., Jayasinghe, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bio-electrospraying+and+droplet-based+microfluidics:+control+of+cell+numbers+within+living+residues.">Bio-electrospraying and droplet-based microfluidics: control of cell numbers within living residues.</a> Biome Mater. 5 (2), 21001 (2010).</li><li>Jayasinghe, S. N., Irvine, S., McEwan, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+electrospinning+highly+concentrated+cellular+suspensions+containing+primary+living+organisms+into+cell-bearing+threads+and+scaffolds.">Cell electrospinning highly concentrated cellular suspensions containing primary living organisms into cell-bearing threads and scaffolds.</a> Nanomedicine. 2 (4), 555-567 (2007).</li><li>Selimovi&#263;, &. #. 3. 5. 2. ;., Oh, J., Bae, H., Dokmeci, M., Khademhosseini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+strategies+for+generating+cell-encapsulating+hydrogels.">Microscale strategies for generating cell-encapsulating hydrogels.</a> Polymers. 4 (3), 1554-1579 (2012).</li><li>Annabi, N., Nichol, J. W., 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=Controlling+the+porosity+and+microarchitecture+of+hydrogels+for+tissue+engineering.">Controlling the porosity and microarchitecture of hydrogels for tissue engineering.</a> Tissue Eng Part B Rev. 16 (4), 371-383 (2010).</li><li>Lee, J., Cuddihy, M. J., Kotov, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+cell+culture+matrices:+state+of+the+art.">Three-dimensional cell culture matrices: state of the art.</a> Tissue Eng Part B Rev. 14 (1), 61-86 (2008).</li><li>Bodenberger, N., 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=Evaluation+of+methods+for+pore+generation+and+their+influence+on+physio-chemical+properties+of+a+protein+based+hydroge.">Evaluation of methods for pore generation and their influence on physio-chemical properties of a protein based hydroge.</a> Biotech Rep. 12, 6-12 (2016).</li><li>Raja, S. T. K., Thiruselvi, T., Mandal, A. B., Gnanamani, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=pH+and+redox+sensitive+albumin+hydrogel:+A+self-derived+biomaterial.">pH and redox sensitive albumin hydrogel: A self-derived biomaterial.</a> Sci Rep. 5, 15977 (2015).</li><li>Hennink, W. E., van Nostrum, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+crosslinking+methods+to+design+hydrogels.">Novel crosslinking methods to design hydrogels.</a> Adv Drug Deliver Rev. 64, 223-236 (2012).</li><li>Chung, C., Lampe, K. J., Heilshorn, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tetrakis(hydroxymethyl)+phosphonium+chloride+as+a+covalent+cross-linking+agent+for+cell+encapsulation+within+protein-based+hydrogels.">Tetrakis(hydroxymethyl) phosphonium chloride as a covalent cross-linking agent for cell encapsulation within protein-based hydrogels.</a> Biomacromolecules. 13 (12), 3912-3916 (2008).</li><li>Cal&#243;, E., Khutoryanskiy, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomedical+applications+of+hydrogels:+A+review+of+patents+and+commercial+products.">Biomedical applications of hydrogels: A review of patents and commercial products.</a> Eur Polym J. 65, 252-267 (2015).</li><li>Huang, H., Herrera, A. I., Luo, Z., Prakash, O., Sun, X. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+transformation+and+physical+properties+of+a+hydrogel-forming+peptide+studied+by+NMR,+transmission+electron+microscopy,+and+dynamic+rheometer.">Structural transformation and physical properties of a hydrogel-forming peptide studied by NMR, transmission electron microscopy, and dynamic rheometer.</a> Biophys J. 103 (5), 979-988 (2012).</li><li>Draghi, L., Resta, S., Pirozzolo, M. G., Tanzi, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microspheres+leaching+for+scaffold+porosity+control.">Microspheres leaching for scaffold porosity control.</a> J Mater Sci. 16 (12), 1093-1097 (2005).</li><li>Whang, K., 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=Engineering+Bone+Regeneration+with+Bioabsorbable+Scaffolds+with+Novel+Microarchitecture.">Engineering Bone Regeneration with Bioabsorbable Scaffolds with Novel Microarchitecture.</a> Tissue Eng. 5 (1), 35-51 (1999).</li><li>Ziv, K., 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+tunable+silk-alginate+hydrogel+scaffold+for+stem+cell+culture+and+transplantation.">A tunable silk-alginate hydrogel scaffold for stem cell culture and transplantation.</a> Biomaterials. 35 (12), 3736-3743 (2014).</li><li>Butruk-Raszeja, B. 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=Athrombogenic+hydrogel+coatings+for+medical+devices--Examination+of+biological+properties.">Athrombogenic hydrogel coatings for medical devices--Examination of biological properties.</a> Colloid Surface B. 130, 192-198 (2015).</li><li>L&#252;, S., Li, B., Ni, B., Sun, Z., Liu, M., Wang, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoresponsive+injectable+hydrogel+for+three-dimensional+cell+culture:+chondroitin+sulfate+bioconjugated+with+poly(N-isopropylacrylamide)+synthesized+by+RAFT+polymerization.">Thermoresponsive injectable hydrogel for three-dimensional cell culture: chondroitin sulfate bioconjugated with poly(N-isopropylacrylamide) synthesized by RAFT polymerization.</a> Soft Matter. 7 (22), 10763 (2011).</li><li>Ruoslahti, E., Pierschbacher, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+perspectives+in+cell+adhesion:+RGD+and+integrins.">New perspectives in cell adhesion: RGD and integrins.</a> Science. 238 (4826), 491-497 (1987).</li></ol>

The production of macroporous matrices can be beneficial to many different fields. It has high technical and economic potential due to the defined structure of the hydrogel and the ability to control and tune specific material properties. However, the introduction of supramolecular structural elements, such as pores or channels, to a 3D template might influence the overall properties of a material, such as the swelling ratio or the stiffness. This can result in the undesired decomposition, degradation, or breakdown of th...

Гидрогели являются материалы, которые образуют нерастворимые 3D сетей, способных привязки больших количеств воды. Такие материалы могут обеспечить отличные экологические условия для живых клеток. В настоящее время растет интерес в поколении трехмерной гидрогеля структур и в разработке процессов, адаптировать их химические и физические свойства. Как только это будет достигнуто, шаблон для роста клеток и манипуляции клеточного поведения может быть созданный1,2,3,4. Эти 3D структуры не только создать более естественный и реалистичный окружающей среды, чем обычные двухмерные подходы, но они также выявить новые возможности для роста стволовых клеток или опухоль модели5. Различные материалы имеют ряд характеристик, которые главным образом зависят от размера поры геля6. Поры играют решающую роль в клетки культуры приложениями, тканевой инженерии и режиссер роста стволовых клеток. Например кислород и питательные вещества диффузного через матрицу, и надлежащей суммы должны быть в состоянии достичь клетки7. С другой стороны вредные метаболиты необходимо удалить как можно быстрее, и достаточно места для роста клеток должны быть доступны7. Следовательно свойства материала и таким образом размер пор, серьезно влиять на потенциальные выгоды и возможности применения матрицы. В зависимости от свойств материала, различные роста клеток процессов может произойти в 3D клеточной культуры, включая формирование нейрональных структур; роста и дифференцировки клеток кожи или кости; и режиссер рост линий специальных стволовых клеток, как гепатоцитов или фибробластов2,3,8,9,10,11. Другой важный момент, влияющих на возможность применения материала является его стабильность на внешние раздражители12. К примеру гидрогеля должны поддерживать свою механическую целостность в СМИ культуры клеток или человеческого тела.
В последние годы, исследования по 3D клетки культуры гидрогели активизировались, и многие исследования были проведены для разрешения 3D архитектуры систем13. Гидрогели, состоящий из химически синтезированных компонентов исследованы наиболее часто потому, что они могут быть легко синтезируется и химически изменены, и они обладают высокой стабильностью (см. Чжу et al., 2011 для обзора)5. Однако белки имеют много полезных свойств: как так называемые «точность полимеров,» они биосовместимых; они имеют определенной длины; они являются относительно легко изменить; и они имеют большое количество целевых сайтов14,15. В этой связи весьма специфические, инновационные структуры могут быть созданы для применения во многих областях. В этом исследовании гидрогеля на основе белков16 был использован для демонстрации устоявшихся методов способность влиять на 3D архитектура материала. Кроме того возможность и применимости в поры поколения также было расследовано.
Многие различные методы доступны для изменения трехмерных структур, включая как простые методы, так и сложные, высоко специализированные методы из разных областей науки материала. Метод широко используется electrospinning для создания четко определенных структур17. Заряженные белки берутся из раствора путем электрического поля и затем затвердевают при воздействии кислорода. Таким образом могут быть изготовлены волокна в диапазоне нескольких нанометров до нескольких микрон. Дополнительные методы, чтобы настроить размер, структура и распределение поры в пределах матрицы являются мягкие литографии, фотолитографии, гидродинамические упором, электро напыления и био печать в18,19,20. Существенный недостаток этих методов является их зависимость от конкретных, дорого оборудования и специальных химических веществ или материалов. Кроме того опыт работы с этими методами часто не непосредственно передавать материалы на основе белков, и многие из химических веществ и методов не являются клетки совместимы.
С другой стороны многие методы не полагаться на специальное оборудование, что делает их легче и дешевле, чтобы применить и воспроизвести. Распространенным методом манипуляции структуры является растворителем литья21,,2223. Частицы добавляются до реакции полимеризации и содержанием однородно распределяются насытить решения. После полимеризации изменение условий, таких как ослабление или изменение рН, приводит к сольватации частиц, в то время как поры остаются в пределах материала. Химические вещества, используемые в этих методов, таких как соль, сахар, парафин, желатин и мела, дешевые и легко доступны. В для, опухшие гидрогели замораживаются. Последующее сублимации жидких фаз под вакуумом, затем выполняется23,24,25. Сублимация воды из сети достаточно мягкий, чтобы поддерживать конкретные 3D структуры материала. В Газе пенообразование решение передается с газом при полимеризации происходит, оставляя поры внутри гель21. Размер и распределение пор может корректироваться в зависимости от потока газа.
Для формирования белков гидрогеля, BSA реагирует с тетракис (гидроксиметил) фосфониевую хлорид (THPC) в реакция Манниха типа для формирования ковалентных связей между первичных аминов и гидрокси группы Четырёхрукий компоновщика молекулы26. Возможные вредные интермедиатов удаляются промывкой чрезмерным материала после того, как происходит реакция.
Это исследование демонстрирует возможность лечения с различные методы, чтобы управлять и настраивать размер поры материала, на основе BSA. Каждый из методов может использоваться в любой лаборатории во всем мире, как никакого специального оборудования является необходимым. Кроме того различные параметры, такие как отек соотношение, ферментативные разлагаемость, рН стабильность и чувствительность температуры, были рассмотрены и по сравнению друг с другом, особенно применительно к влияние различных методов на поколение 3D архитектуры. Наконец материалы были функционализированных с пептидами клеток клей для расследования возможного применения материалов для клеточной культуры. Были использованы две различных модели клеточные линии: A549 и MCF7.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1102">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:479px;">Phosphate Buffered Saline (PBS)</td>
			<td style="width:253px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:143px;">10010023</td>
			<td style="width:228px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Dulbecco&#8217;s modified Eagle&#8217;s medium (high glucose)</td>
			<td>Life Technologies / Thermo Fisher&#160;</td>
			<td>11140-050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>Life Technologies / Thermo Fisher&#160;</td>
			<td>10270-106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Penicillin-Streptomycin</td>
			<td>Life Technologies / Thermo Fisher&#160;</td>
			<td>15140122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">MEM Nonessential Amino Acid Solution</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M7145-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Trypsin EDTA 0.05 % Phenol Red</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>25300062</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ethanol 99.8 %, verg&#228;llt</td>
			<td>&#214;lfabrik Schmidt</td>
			<td>2133</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">NaCl&#160;</td>
			<td>Carl Roth&#160;</td>
			<td>9265.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Albumin Fraction V</td>
			<td>Carl Roth&#160;</td>
			<td>3854.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">THPC</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>404861-100ML</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">0.1 % Triton X 100</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>X100-100ML</td>
			<td>Slightly toxic</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Phalloidin-rhodamine&#160;</td>
			<td>Life Technologies / Thermo Fisher&#160;</td>
			<td>R415</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">3.7 % Formaldehyde&#160;</td>
			<td>Life Technologies / Thermo Fisher&#160;</td>
			<td>F8775-25ML</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Rhodamine B</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>81-88-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Filtropur S 0.2,&#160;</td>
			<td>Sarsted Ag und Co.</td>
			<td>2 83.1826.001&#160;&#160;&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">&#181; slide 8 well</td>
			<td>Ibidi GmbH</td>
			<td>80826</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">KCSSGKSRGDS peptide</td>
			<td>UPEP Ulm</td>
			<td>Custom sysnthesis</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ethanol 99.8 %, verg&#228;llt</td>
			<td>Carl Roth&#160;</td>
			<td>K928.5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Falcon 5 ml Polysterene Round-Bottom Tube&#160;</td>
			<td>Sarsted Ag und Co.</td>
			<td>62.547.254&#160; &#160;&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tubes 50 ml&#160;</td>
			<td>Sarsted Ag und Co.</td>
			<td>62.547.254&#160; &#160;&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tubes 1,5 ml&#160;&#160;</td>
			<td>Sarsted Ag und Co.</td>
			<td>72,690,001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tubes 2 ml&#160;&#160;</td>
			<td>Sarsted Ag und Co.</td>
			<td>72,691</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">CELL CULTURE MICROPLATE, 96 WELL, PS, F-BOTTOM</td>
			<td>Greiner</td>
			<td>655073</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">FreezeDryer Epsilon 1-6D,&#160;</td>
			<td>Christ, Osterode am Harz, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Confocal Laser Scanning Microscope&#160;</td>
			<td>Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Zen Software Version 2012 Sp1, black edition, 407 version 8,1,0,484</td>
			<td>Carl Zeiss AG, Oberkochen, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">GSA Imaga Analyzer Software, GSA Image Analyzer, GSA, Version 419 3.8.7</td>
			<td>GSA GmbH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

easy manipulation of architectures in protein-based hydrogels for cell culture applications

Гидрогели признаются в качестве перспективных материалов для приложений культуры клеток из-за их способности предоставлять сильно увлажненной клеток средах. Поле 3D шаблоны растет из-за потенциального сходство этих материалов естественной внеклеточного матрикса. Гидрогели на основе белка особенно перспективны, потому что они легко могут быть функционализированных и может достичь определенных структур с регулируемым физико-химических свойств. Однако производство Макропористые 3D шаблонов для приложений культуры клеток, с использованием натуральных материалов часто ограничивается их слабее механических свойств по сравнению с теми из синтетических материалов. Здесь различные методы были оценены производить Макропористые бычьим сывороточным альбумином (БСА)-на основе гидрогеля систем, с регулируемым порами размером в диапазоне от 10 до 70 мкм в радиусе. Кроме того был создан метод для создания каналов в этот материал на основе белков, которые являются несколько сотен микрон длиной. Были проанализированы различные методы для производства поры, а также влияние размера пор на материальных свойств, таких как отеки соотношение, рН, стабильность температуры и поведение энзимной деградации. Размеры пор были исследованы в родной, раздутый штат гидрогели, используя Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия. Возможности для приложений культуры клеток оценивалась с использованием клеток клей РСЗ пептид модификация белков системы и две модели клеточных линий: рак молочной железы человека клетки (A549) и adenocarcinomic альвеолярного базальной эпителиальных клеток человека (MCF7).

Hydrogel development has become one of the most prominent fields in material research-related biological studies, with thousands of entries indexed in scientific research archives. Although the behavior of many systems is well studied, the manipulation of 3D networks, especially of sensitive protein-based materials, is often a major issue in material science. Another commonly underestimated challenge is the correct measurement of the native structure of a material using cryo electron micr...

Watch this Scientific Journal Video about Easy Manipulation of Architectures in Protein-based Hydrogels for Cell Culture Applications at JoVE.com

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

Различные методы обработки трехмерной архитектуры в гидрогели на основе белка здесь оцениваются в отношении свойств материала. Макропористые сетей функционализированных с пептидных клеток клей, и их возможности в клеточной культуре оценивается с помощью двух различных моделей клеточных линий.

Простое управление архитектуры в гидрогели на основе белков для приложений культуры клеток

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

The overall goal of this methodology is to create macroporous hydrogels with varying pore sizes for cell culture applications. This method can help answer key questions in the field of 3D cell culture such as the principle feasibility of a novel hydrogel material for 3D cell culture applications. The main advantage of this methodology is that it offers a range of techniques to optimize and adjust a novel material to the requirements of different types of cells.To begin, dilute one milligram of the RGD peptide or an equivalent cell adhesive peptide in 100 microliters of sterile water to obtain the 10 milligram per milliliter solution. Next, remove the bottom of a 96 well plate and replace it with removal plastic wrap. Mix 100 microliters of BSA stock solution and 100 microliters of THPC stock solution in the 96 well plate to obtain 200 microliters of the hydrogel.Mix the components by pipetting up and down at least five times to guarantee a uniform hydrogel after polymerization. Place the 96 well plate at room temperature for about 10 minutes until all hydrogels are properly polymerized. Following polymerization, carefully and slowly remove the plastic wrap from the bottom of the plate.Press the hydrogels out of the 96 well plate using a small stab and transfer them to 1.5 milliliter tubes with sterile PBS pH 7.4. Store the hydrogels in phosphate buffered saline at four degrees Celsius for up to several months. To freeze-dry the hydrogels, first fill 1.5 milliliter tubes with 500 microliters of sterile deionized water and remove the caps.Transfer the hydrogels to the 1.5 milliliter reaction tubes using forceps. Wrap the 1.5 milliliter tubes tightly with paraffin film using at least three layers for each vial. Use a needle to pierce small holes in the film to enable gas release from the tubes.To guarantee that the water and hydrogel completely freeze, transfer the vial to liquid nitrogen solution for five minutes. Immediately after removal from the liquid nitrogen, transfer the vials to the freeze-dryer to prevent the material from thawing. As an alternative freezing step, keep the vials at minus 20 degrees Celsius overnight to slowly freeze the hydrogels.Immediately after removal from minus 20 degrees Celsius, transfer the vials to the freeze-dryer to prevent the material from thawing. After 24 hours and the complete evaporation of the water in and around the hydrogel, thaw the material by removing it from the freeze-dryer. For particle leaching, mix the components of the hydrogel as before.Following mixing, immediately add sodium chloride until saturation occurs. Add salt until salt crystals can be seen in the solution as a white precipitate. Pore sizes can be altered by grinding the salt crystals prior to use.Transfer the 96 well plate to a shaker and shake until polymerization takes place. After about 10 minutes, remove the hydrogels from the plate as before. Incubate the hydrogels for at least 24 hours at room temperature in sterile water on a rotator to elute all salt from the hydrogel template.Store the hydrogels at four degrees Celsius in PBS for up to several months. For gentle formation, prepare hydrogels as described. Then remove a hydrogel from solution using a pincer.Remove the excess water with highly absorbent paper and place it on top of a block of dry ice. Freeze the hydrogel for 30 seconds and carefully remove it from the block. Do not damage the hydrogel.Carefully use a spatula to scrape it off the block. Transfer the hydrogel to a 1.5 milliliter tube and dry it overnight at 37 degrees Celsius. Prepare a Rhodamine B stock solution as well as serial dilutions as described in the text protocol.Remove the hydrogel from the stored solution and transfer it to a 1.5 milliliter tube with one milliliter of 0.01 milligram per milliliter Rhodamine B solution. Stain the hydrogel overnight in Rhodamine B solution at room temperature. The next day, transfer the hydrogel that is to be visualized to 10 milliliters of PBS and wash for at least three hours.Cut small slices out of the hydrogel using a blade. Then transfer the hydrogel onto an eight well microscopic slide and cover it with PBS. Using a confocal laser scanning microscope, visualize the hydrogel at a wavelength of 514 nanometers.Sterile filter all stock solutions with a 0.45 micron filter. Begin preparation of the hydrogel and include the cell adhesive peptide prior to hydrogel polymerization. After mixing the components, immediately pipette the mixture into an eight well microscopic slide until the bottom is completely covered.Transfer the cells into pre-warmed sterile DMEM cell culture medium supplemented with fetal bovine serum, penicillin streptomycin, and nonessential amino acid solution. After counting the cells with a Neubauer counting chamber, carefully pipette 200 microliters of the desired number of cells onto the hydrogel surface. Cover the eight well microscopic slide with a lid and transfer it to an incubator.After at least four hours of cellular attachment, wash the cells twice with 200 microliters of sterile cell culture PBS. Next, fix the cells with 200 microliters of 3.7%formaldehyde for 10 minutes at room temperature and wash twice with PBS. Permeabilize the cells with 200 microliters of 0.1%Triton X for five minutes before washing twice more with PBS.Stain the cells with Toluidine Rhodamine by mixing five microliters of methanolic stock with 195 microliters of PBS and adding it to the cells at room temperature. Stain the cells for 20 minutes in the dark before washing twice with PBS. Investigate the cell adhesion properties using a confocal microscope at 514 nanometers.Analyze the hydrogel properties as described in the text protocol. As shown here, the polymerized and stained hydrogels have no distinctive architectures. After freeze-drying the hydrogels at different temperatures, the average size of the pores within the hydrogel can be extended up to 60 microns.Salt leaching results in uniform networks with pore sizes of about 10 microns. The size can be further adjusted by grinding salt crystals prior to use. The use of a gradient freezing approach on a block of dry ice leads to the formation of channels with a diameter of about 20 microns and a length of several hundreds of microns.Prior to functionalization with the cell adhesive moiety, cells cannot adhere to the surface of the hydrogel and show a round morphology. Only after providing the material with the cell adhesive peptide, the cells find focal adhesion points which enable a proper adhesion of the cell onto a material. This is crucial for use of novel materials in 3D cell culture applications.After watching this video, you should have a good understanding of how to manipulate a hydrogel's architecture with simple methods. This method can be applied for most novel hydrogel systems to learn about the use in cell culture and to optimize the hydrogel's architecture depending on the intended use.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Preparation of Homogeneous MALDI Samples for Quantitative Applications

Получение однородных образцов MALDI для количественных измерений

This protocol demonstrates a simple sample preparation to reduce spatial heterogeneity in ion signals during matrix-assisted laser desorption/ionization ...

Single-molecule Manipulation of G-quadruplexes by Magnetic Tweezers

Одноместный молекула манипуляции G-quadruplexes, Магнитные пинцеты

Non-canonical nucleic acid secondary structure G-quadruplexes (G4) are involved in diverse cellular processes, such as DNA replication, transcription, RNA ...

A Fluorogenic Peptide Cleavage Assay to Screen for Proteolytic Activity: Applications for coronavirus spike protein activation

Fluorogenic пептид расщепления Assay экран для протеолитической активности: приложения для коронавирус Спайк активации белка

Enveloped viruses such as coronaviruses or influenza virus require proteolytic cleavage of their fusion protein to be able to infect the host cell. Often ...

Study on the Metabolism of Six Systemic Insecticides in a Newly Established Cell Suspension Culture Derived from Tea (Camellia Sinensis L.) Leaves

Study on the Metabolism of Six Systemic Insecticides in a Newly Established Cell Suspension Culture Derived from Tea Camellia Sinensis L. Leaves

Изучение метаболизма шести системных инсектицидов в недавно созданной культуре подвески клеток, полученных из чая(Камелия Sinensis L.) Листья

A platform for studying insecticide metabolism using in vitro tissues of tea plant was developed. Leaves from sterile tea plantlets were induced to form ...

Cell Culture on Silicon Nitride Membranes and Cryopreparation for Synchrotron X-ray Fluorescence Nano-analysis

Клеточная культура на силиконовых нитридных мембранах и криопрепарат для синхротронного рентгеновского флуоресценции Нано-анализа

Very little is known about the distribution of metal ions at the subcellular level. However, those chemical elements have essential regulatory functions ...

Quantitative Analysis of the Cellular Lipidome of Saccharomyces Cerevisiae Using Liquid Chromatography Coupled with Tandem Mass Spectrometry

Quantitative Analysis of the Cellular Lipidome of Saccharomyces Cerevisiae Using Liquid Chromatography Coupled with Tandem Mass Spectrometry

Количественный анализ клеточного липидома Сахаромиса Церевизии с использованием жидкой хроматографии в сочетании с тандемной масс-спектрометрией

Lipids are structurally diverse amphipathic molecules that are insoluble in water. Lipids are essential contributors to the organization and function of ...

Transverse Sectioning of Mature Rice (Oryza sativa L.) Kernels for Scanning Electron Microscopy Imaging Using Pipette Tips as Immobilization Support

Transverse Sectioning of Mature Rice Oryza sativa L. Kernels for Scanning Electron Microscopy Imaging Using Pipette Tips as Immobilization Support

Поперечное секционирование зрелого риса (Oryza sativa L.) Ядра для сканирующей электронной микроскопии с использованием наконечников пипеток в качестве поддержки иммобилизации

Starch granules (SGs) exhibit different morphologies depending on the plant species, especially in the endosperm of the Poaceae family. Endosperm ...

Quantitative Metabolomics of Saccharomyces Cerevisiae Using Liquid Chromatography Coupled with Tandem Mass Spectrometry

Quantitative Metabolomics of Saccharomyces Cerevisiae Using Liquid Chromatography Coupled with Tandem Mass Spectrometry

Количественная метаболомика Saccharomyces Cerevisiae с использованием жидкостной хроматографии в сочетании с тандемной масс-спектрометрией

Metabolomics is a methodology used for the identification and quantification of many low-molecular-weight intermediates and products of metabolism within ...

Continuous Fluorescence-Based Endonuclease-Coupled DNA Methylation Assay to Screen for DNA Methyltransferase Inhibitors

Непрерывный флуоресцентный анализ метилирования ДНК на основе эндонуклеазы для скрининга ингибиторов ДНК-метилтрансферазы

DNA methylation, a form of epigenetic gene regulation, is important for normal cellular function. In cells, proteins called DNA methyltransferases (DNMTs) ...