Name: preparation of chitosan-based injectable hydrogels and its application in 3d cell culture
Uploaded: 2017-09-29T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Chitosan-based Injectable Hydrogels and Its Application in 3D Cell Culture at JoVE.com

Diese Forschung wurde von der National Science Foundation of China (21474057 und 21604076) unterstützt.

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 1. V...

<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. 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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. Commun. 48 (74), 9305-9307 (2012).</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=Synthesis+of+an+injectable,+self-healable+and+dual+responsive+hydrogel+for+drug+delivery+and+3D+cell+cultivation.">Synthesis of an injectable, self-healable and dual responsive hydrogel for drug delivery and 3D cell cultivation.</a> Polym. Chem. 8 (3), 537-534 (2017).</li><li>Yang, C., Tibbitt, M. W., Basta, L., 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=Mechanical+memory+and+dosing+influence+stem+cell+fate.">Mechanical memory and dosing influence stem cell fate.</a> Nat. Mater. 13 (6), 645-652 (2014).</li><li>Geerligs, M., Peters, G. W., Ackermans, P. A., Oomens, C. 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>

Das Hydrogel präsentiert in diesem Protokoll (Abbildung 1) besteht aus zwei Hauptkomponenten: natürliches Polymer Glykol Chitosan und synthetischen Benzaldehyd beendet Polymer Geliermittel DF PEG, die beide biokompatible Werkstoffe sind. Synthese von DF PEG wird vorgestellt mit einer einstufigen Modifikation Reaktion. PEG Molekulargewicht 4.000 wurde dieses Protokoll in Belange der Löslichkeit, Änderung Effizienz sowie Hydrogel Steifigkeit gewählt. Eine Reihe von Hydrogele mit unterschi...

Hydrogele sind vernetzte Polymerwerkstoffe mit großen Mengen an Wasser und weichen mechanischen Eigenschaften, und sie haben in vielen Bio-medizinischen Anwendungen1,2benutzt worden. Hydrogele bieten eine weiche und feuchte Umgebung, die sehr zu den physiologischen Umgebung für Zellen in Vivo ähnlich. Hydrogele sind daher eines der beliebtesten Gerüste für 3D Zelle Kultur3,4geworden. Im Vergleich zu 2D Petrischale Zellkultur, hat 3D Zellkultur schnell avancierte um zu bieten, dass eine extrazelluläre Matrix (ECM) ahmte Mikroumgebung für Zellen zu kontaktieren und für Proliferation und Differenzierung Zwecke5montieren. Darüber hinaus könnte Hydrogele, enthält natürliche Polymere bieten ein Umfeld, biokompatibel und Förderung für Zellen zu vermehren und3unterscheiden. Hydrogele aus synthetischen Polymeren abgeleitet werden bevorzugt für ihre einfachen und klaren Komponenten, die komplexen Einflüsse wie Proteine tierischen Ursprungs oder Viren auszuschließen. Unter all den Hydrogel-Kandidaten für 3D Zellkultur werden Hydrogele, die sind einfach vorbereitet und verfügen über eine einheitliche Eigenschaft immer bevorzugt. Die Anlage der Hydrogel Eigenschaften verschiedenen Anforderungen anpassen anpassen ist wichtig wie gut6.
Hier stellen wir eine einfache Vorbereitung ein Glykol Chitosan basierenden Hydrogel mit dynamischen Imin-Chemie, die eine vielseitige Hydrogel-Plattform für 3D Zelle Kultur7wird. Bei dieser Methode bekannte biokompatible Glykol Chitosan werden verwendet, um Bilder der Hydrogel-Netzwerke zu etablieren. Die Aminogruppen werden als Polymer Geliermittel, dynamische Imin Anleihen als Crosslinkages Hydrogele8zu bilden mit einem Benzaldehyd beendet Polyethylenglykol reagiert. Dynamische Imin Anleihen können bilden und zersetzen reversibel und entgegenkommend, Umgebung, stiften die Hydrogele mit mechanisch verstellbaren querverbunden Netzwerke9,10,11. Aufgrund seiner hohen Wassergehalten, biokompatible Materialien und einstellbare mechanische Festigkeiten wird das Hydrogel als Gerüst für L929 Zellen in 3D Zelle Kultur12,13erfolgreich eingesetzt. Das Protokoll hier beschreibt die Verfahren, einschließlich der Polymersynthese Geliermittel, Hydrogel Vorbereitung Zelle einbetten und 3D Zelle zu züchten.
Das Hydrogel zeigt auch einige andere Funktionen aufgrund seiner dynamischen Imin-Crosslinkages, einschließlich seiner Multi-reagieren auf verschiedene Bio-Reize (Säure/pH, Derivative Vitamin B6 Pyridoxal, Protein Papain, etc.), darauf hinweist, dass das Hydrogel sein könnte unter physiologischen Bedingungen8zersetzen induziert. Das Hydrogel ist auch selbst heilbar und injizierbare, was bedeutet das Hydrogel könnte über eine minimal invasive Injektion Methode verwaltet werden und einen Vorteil in der Drogen- und Zelle Lieferungen14,15. Indem funktionelle Additive oder bestimmte vordefinierte Polymer Gelatoren Hydrogel ist kompatibel zur Gewinnung von spezifischen Eigenschaften wie magnetisch, Temperatur, pH-Wert reagieren, etc.16,17, die zu erfüllen, könnte ein breite Palette von Forschungsbedarf. Diese Eigenschaften zeigen das Hydrogel potentielle Fähigkeit, eine injizierbare werden mehrere Träger für Medikamente und Zellen in Vitro und in Vivo biomedizinische Forschung und Anwendungen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1151">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:276px;">Glycol chitosan</td>
			<td style="width:360px;">Wako Pure Chemical Industries</td>
			<td style="width:131px;">39280-86-9</td>
			<td style="width:385px;">90% degree of deacetylation</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">4-Carboxybenzaldehyde</td>
			<td>Shanghai Aladdin&#160;Bio-Chem Technology Co.,LTD</td>
			<td>619-66-9</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">N, N&#39;-dicyclohexylcarbodiimide</td>
			<td>Shanghai Aladdin&#160;Bio-Chem Technology Co.,LTD</td>
			<td>538-75-0</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Calcium chloride anhydrous</td>
			<td>Shanghai Aladdin&#160;Bio-Chem Technology Co.,LTD</td>
			<td>10043-52-4</td>
			<td>96%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">4-dimethylamiopryidine</td>
			<td>Shanghai Aladdin&#160;Bio-Chem Technology Co.,LTD</td>
			<td>1122-58</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Polyethyleneglycol</td>
			<td>Sino-pharm Chemical Reagent</td>
			<td>5254-43-7</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tetrahydrofuran</td>
			<td>Sino-pharm Chemical Reagent</td>
			<td>109-99-9</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Toluene</td>
			<td>Sino-pharm Chemical Reagent</td>
			<td>108-88-3</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ethyl ether</td>
			<td>Sino-pharm Chemical Reagent</td>
			<td>60-29-7</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Acetic acid</td>
			<td>Sino-pharm Chemical Reagent</td>
			<td>64-19-7</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Anhydrous CaCl2</td>
			<td>Sino-pharm Chemical Reagent</td>
			<td>10043-52-4</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescein diacetate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>596-09-8</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Propidium iodide&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>25535-16-4</td>
			<td>94%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">RPMI-1640 culture media</td>
			<td>Gibco</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fetal bovine serum</td>
			<td>Gibco</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Trypsin-EDTA</td>
			<td>Gibco</td>
			<td></td>
			<td>0.25%</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PBS</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td></td>
			<td>0.01 M</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Penicillin streptomycin solution</td>
			<td>Hyclone</td>
			<td></td>
			<td>10,000 U/mL</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Rheometer</td>
			<td>TA Instrument</td>
			<td></td>
			<td>AR-G2</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Confocal microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td>710-3channel</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">L929 Cells</td>
			<td>ATCC</td>
			<td></td>
			<td>NCTC clone 929; L cell, L929, derivative of Strain L</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Evaporator</td>
			<td>EYELA</td>
			<td></td>
			<td>N-1100</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">48 guage needle</td>
			<td>ShanghaiZhiyu Medical Material Co., LTD</td>
			<td></td>
			<td>48-guage</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
			<td>DM3000 B</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Microscope software</td>
			<td>Imaris</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Heat gun</td>
			<td>Confu</td>
			<td></td>
			<td>KF-5843&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">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

Das Protokoll stellt eine einfache, effiziente und vielseitige Methode um Chitosan-basierte Hydrogele mit dynamischen Imin Chemie vorzubereiten. Das Hydrogel wird durch das Mischen von Lösungen von Glykol Chitosan mit einem synthetisierten Benzaldehyd beendet Polymer Geliermittel vorbereitet und Hydrogele werden effizient in einigen Minuten bei Raumtemperatur erhalten. Durch unterschiedliche Verhältnisse zwischen Glykol Chitosan, Polymer Geliermittel und Wassergehalten ergeben sich vielseitige Hydrogele mit verschiedenen Gelierung Zeiten und Steifigkeit. Wenn beschädigt, kann das Hydrogel seine Auftritte und e-Modul durch die Reversibilität der dynamischen Imin Anleihen als Crosslinkages wiederherstellen. Diese selbst heilbar Eigenschaft ermöglicht das Hydrogel zu injizierbaren sein, da es nach dem Spritzvorgang selbst geheilt aus gepressten Stücke zu einer integralen Bulk-Hydrogel. Das Hydrogel ist auch Multi-reagiert auf viele bioaktive Reize durch unterschiedliche Gleichgewichtherstellung Status der dynamischen Imin Anleihen. Dieses Hydrogel wurde als biokompatibel, bestätigt und L929 Maus-Fibroblasten-Zellen waren eingebettete folgende standard-Verfahren und die Zellproliferation wurde leicht durch eine 3D Zellprozess Anbau beurteilt. Hydrogel bieten eine verstellbare Plattform für verschiedene Forschung, wo eine physiologische Imitation einer 3D-Umgebung für Zellen profitiert wird. Zusammen mit seiner Multi-reagieren, selbst heilbar und injizierbaren Eigenschaften kann die Hydrogele potenziell als mehrere Träger für Medikamente und Zellen in zukünftigen biomedizinischen Anwendungen angewendet werden.

Eine schematische Darstellung dieses Protokolls auf Hydrogel Vorbereitung und seine Verwendung als 3D Zellkultur wird in Abbildung 1angeboten. Informationen der Hydrogel Inhalte und Kennzahlen mit unterschiedlichen Festigkeiten vorbereitet werden in Tabelle 1zusammengefasst. Das Hydrogel ist selbst heilbar und Rheologie-Eigenschaft stellt die Hydrogel Steifigkeit durch Speicher-Modul gegen frequenztest in Abbildung 2. Die Zelle konfokale Bilder ...

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

Hier beschreiben wir eine einfache Zubereitung von Chitosan-basierten injizierbaren Hydrogele mit dynamischen Imin Chemie. Methoden der Hydrogel mechanische Festigkeit und seine Anwendung in 3D Zellkultur anpassen werden vorgestellt.

Vorbereitung der Chitosan-basierten injizierbaren Hydrogele und deren Anwendung in 3D Zellkultur

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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