Name: fabrication of gradient nanopattern by thermal nanoimprinting technique and screening of the response of human endothelial colony-forming cells
Uploaded: 2018-07-01T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Gradient Nanopattern by Thermal Nanoimprinting Technique and Screening of the Response of Human Endothelial Colony-forming Cells at JoVE.com

Este trabajo fue financiado por el programa de investigación de ciencia básica a través de la nacional investigación Fundación de Corea (NRF) financiado por el Ministerio de educación, ciencia y tecnología (MEST) [NRF-2015R1D1A1A01060397] y Bio y desarrollo de tecnología médica Programa de la NRF financiado por el Ministerio de ciencia, TIC y planeación de futuro [NRF-2017M3A9C6029563].

Este estudio fue aprobado por la Junta de revisión institucional en el Hospital de Anam de la Universidad de Corea (IRB no. ED170495). Todos los procedimientos se llevaron a cabo con arreglo a la declaración de Helsinki y sus enmiendas posteriores.
1. preparación del sustrato de aluminio (Al) por electropulido
PRECAUCIÓN: Solución de electropulido es corrosivo y tóxico. Use equipo de protección personal como guantes de nitrilo, gafas protectora...

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	<li>Dalby, M. J., Gadegaard, N., Oreffo, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Harnessing+nanotopography+and+integrin-matrix+interactions+to+influence+stem+cell+fate.">Harnessing nanotopography and integrin-matrix interactions to influence stem cell fate.</a> Nature materials. 13 (6), 558-569 (2014).</li><li>Qian, W., Gong, L., Cui, X., Zhang, Z., Bajpai, A., Liu, C., Castillo, A., Teo, J. 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J., Oikonomou, A., Hill, E., Bayat, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+functional+evaluation+of+biomimetic+silicone+surfaces+with+hierarchical+micro/nano-topographical+features+demonstrates+favourable+in+vitro+foreign+body+response+of+breast-derived+fibroblasts.">Development and functional evaluation of biomimetic silicone surfaces with hierarchical micro/nano-topographical features demonstrates favourable in vitro foreign body response of breast-derived fibroblasts.</a> Biomaterials. 52, 88-102 (2015).</li><li>Seo, H. R., Joo, H. J., Kim, D. H., Cui, L. H., Choi, S. C., Kim, J. H., Cho, S. W., Lee, K. B., Lim, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopillar+Surface+Topology+Promotes+Cardiomyocyte+Differentiation+through+Cofilin-Mediated+Cytoskeleton+Rearrangement.">Nanopillar Surface Topology Promotes Cardiomyocyte Differentiation through Cofilin-Mediated Cytoskeleton Rearrangement.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 9 (20), 16803-16812 (2017).</li><li>Hwang, J. H., Lee, D. H., Byun, M. R., Kim, A. R., Kim, K. M., Park, J. I., Oh, H. T., Hwang, E. S., Lee, K. B., Hong, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotopological+plate+stimulates+osteogenic+differentiation+through+TAZ+activation.">Nanotopological plate stimulates osteogenic differentiation through TAZ activation.</a> Scientific Reports. 7 (1), 3632 (2017).</li><li>Bae, D., Moon, S. H., Park, B. G., Park, S. J., Jung, T., Kim, J. S., Lee, K. B., Chung, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotopographical+control+for+maintaining+undifferentiated+human+embryonic+stem+cell+colonies+in+feeder+free+conditions.">Nanotopographical control for maintaining undifferentiated human embryonic stem cell colonies in feeder free conditions.</a> Biomaterials. 35 (3), 916-928 (2014).</li><li>Cui, L. H., Joo, H. J., Kim, D. H., Seo, H. R., Kim, J. S., Choi, S. C., Huang, L. H., Na, J. E., Lim, I. R., Kim, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manipulation+of+the+response+of+human+endothelial+colony-forming+cells+by+focal+adhesion+assembly+using+gradient+nanopattern+plates.">Manipulation of the response of human endothelial colony-forming cells by focal adhesion assembly using gradient nanopattern plates.</a> Acta biomaterialia. 65, 272-282 (2017).</li><li>Lee, W., Park, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+anodic+aluminum+oxide:+anodization+and+templated+synthesis+of+functional+nanostructures.">Porous anodic aluminum oxide: anodization and templated synthesis of functional nanostructures.</a> Chemical reviews. 114 (15), 7487-7556 (2014).</li><li>Masuda, H., Fukuda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ordered+metal+nanohole+arrays+made+by+a+two-step+replication+of+honeycomb+structures+of+anodic+alumina.">Ordered metal nanohole arrays made by a two-step replication of honeycomb structures of anodic alumina.</a> science. 268 (5216), 1466 (1995).</li><li>Masuda, H., Satoh, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+gold+nanodot+array+using+anodic+porous+alumina+as+an+evaporation+mask.">Fabrication of gold nanodot array using anodic porous alumina as an evaporation mask.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 35 (1B), L126 (1996).</li><li>Zaraska, L., Sulka, G. D., Jasku&#322;a, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+n-alcohols+on+porous+anodic+alumina+formed+by+self-organized+two-step+anodizing+of+aluminum+in+phosphoric+acid.">The effect of n-alcohols on porous anodic alumina formed by self-organized two-step anodizing of aluminum in phosphoric acid.</a> Surface and Coatings Technology. 204 (11), 1729-1737 (2010).</li><li>Yang, K. Y., Kim, J. W., Byeon, K. J., Lee, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+deposition+of+the+silver+nano-particles+using+patterned+the+hydrophobic+self-assembled+monolayer+patterns+and+zero-residual+nano-imprint+lithography.">Selective deposition of the silver nano-particles using patterned the hydrophobic self-assembled monolayer patterns and zero-residual nano-imprint lithography.</a> Microelectronic engineering. 84 (5), 1552-1555 (2007).</li><li>Park, B. G., Lee, W., Kim, J. S., Lee, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superhydrophobic+fabrication+of+anodic+aluminum+oxide+with+durable+and+pitch-controlled+nanostructure.">Superhydrophobic fabrication of anodic aluminum oxide with durable and pitch-controlled nanostructure.</a> Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 370 (1), 15-19 (2010).</li></ol>

Fabricación de un AAO a menudo adolece de defectos tales como grietas, formas irregulares de los poros y la quema. La razón principal de estos defectos se llama un desglose electrolítico, que es fuertemente afectado por la naturaleza de los sustratos de metal está anodizado y la resistividad del electrólito21. Puesto que la resistividad del electrolito varía dependiendo de su temperatura, eliminar calor continuamente de electrodos es el punto crítico para mantener la temperatura localizaci?...

Recientemente, la respuesta de las células por la estimulación física de la topografía de la superficie ha sido destacó en el campo de la célula ingeniería1,2,3,4. Por lo tanto, más atención se ha centrado en nanoestructuras tridimensionales en el accesorio de celular superficial5. Se ha reportado que la integrina, que es el dispositivo de reconocimiento de superficie de la célula, transmite el estímulo físico por las estructuras micro-nano de ECM a través de la Mecano-transducción6. Este estímulo mecánico regula el comportamiento de la célula a través de la dirección de contacto7 e induce reorganización citoesquelética a cambiar de forma, además de adherencias focales y la rigidez de las células8.
Las células progenitoras endoteliales humanas (hEPCs) en el cuerpo cerca interactúan con el microambiente de la ECM circundante9. Esto indica que el estado físico de lo ECM actúa como un parámetro importante para la formación de complejos de adhesión célula-matriz específica en cuanto a tensión de esquileo derivado del flujo de sangre10. Se divulga que aumenta la superficie nanotopography en vitro la formación de redes extensas de tubo capilar de hEPCs11 y que un factor soluble de ECM/bio sistema combinado permite hEPCs reconocer sustratos disfuncionales y promueve de la herida curativo de12,13. Sin embargo, la relación entre ECM y hEPCs no se entiende claramente.
Aunque muchos investigadores trataron de aclarar la relación entre las respuestas celulares y señales físicas de diferentes sustratos14,15,16, estos estudios utilizaron solamente el tamaño fijo de una nanoestructura o nanopatrones con arreglos irregulares que tienen una limitación para aclarar la relación entre el tamaño del comportamiento de nanoestructura y celular. El problema es la falta de herramientas adecuadas para la detección de respuestas celulares que pueden sustituir a los enfoques existentes tediosos e iterativos para encontrar el tamaño óptimo de la nanoestructura. Por lo tanto, una técnica sencilla se requiere para la detección de las reacciones celulares en estímulos físicos sin repetición.
Aquí, describimos un método utilizado en nuestros anteriores informes17,18,19 para producir un gradiente nanopattern que aumenta gradualmente el diámetro de la nanopillars dispuesto. Además, también hemos descrito cómo cultivar y analizar el comportamiento de hECFCs en placas nanopattern gradiente para determinar el efecto de los estímulos físicos en las células. Un suave anodizado grabado gradual y método de recubrimiento de la capa anti-sticking fueron utilizados para fabricar molde AAO degradado. Mediante la adopción de un térmico impresión técnica de litografía, idénticos nanopatrones gradiente poliestireno fueron producidos de manera rentable y fácil. Utilizando el gradiente nanopatrones, es factible determinar que tamaño de nanoestructura tiene un gran efecto sobre el comportamiento de células en un sistema del experimento. Esperamos que este gradiente nanopattern será útil en la comprensión de los mecanismos de interacción entre hECFC de derivados de sangre u otras células y varios tamaños de nanoestructuras.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Perchloric acid 60%</td>
			<td>Daejung Chemicals &#38; Metals</td>
			<td>6512-4100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl alcohol, absolute 99.9%</td>
			<td>Daejung Chemicals &#38; Metals</td>
			<td>4118-4100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphoric acid 85%</td>
			<td>Daejung Chemicals &#38; Metals</td>
			<td>6532-4400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methyl alcohol 99.5%</td>
			<td>Daejung Chemicals &#38; Metals</td>
			<td>5558-4400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chromium(VI) oxide</td>
			<td>Daejung Chemicals &#38; Metals</td>
			<td>2558-4400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid 95%</td>
			<td>Daejung Chemicals &#38; Metals</td>
			<td>7781-4100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide 30%</td>
			<td>Daejung Chemicals &#38; Metals</td>
			<td>4104-4400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>n-hexane 95%</td>
			<td>Daejung Chemicals &#38; Metals</td>
			<td>4081-4400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene 99.5%</td>
			<td>Daejung Chemicals &#38; Metals</td>
			<td>8541-4400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(heptadecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrodecyl)dimethylchlorosilane</td>
			<td>Gelest</td>
			<td>SIH5840.4</td>
			<td>Moisture sensitive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methoxynonafluorobutane 99%</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>464309</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagen solution</td>
			<td>Stemcell</td>
			<td>#4902</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>G1890</td>
			<td>Protein coating solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ficoll-Paque</td>
			<td>GE Heathcare</td>
			<td>17-1440-03</td>
			<td>Hydrophilic polysaccharide solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGM-2MV</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>CC-3202</td>
			<td>Endothelial cell expansion medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10010031</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12483-020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>P6148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutaraldehyde</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>G5882-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Osmium tetroxide</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>201030-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexamethyldisilazane</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>440191</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>X100-100ML</td>
			<td>Octylphenol ethoxylate&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat serum</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>26050-088</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-human vinculin primary antibody&#160;</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>V9131</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>F-actin probe</td>
			<td>Molecular Probes</td>
			<td>A12379</td>
			<td>Fluorescence-conjugated phalloidin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 488-conjugated anti-mouse&#160;IgG antibody</td>
			<td>Molecular Probes</td>
			<td>A11001</td>
			<td>Fluorescence-conjugated secondary antibody&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#39;,6-diamidino-2-phenylindole&#160;</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>D9542</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mounting medium</td>
			<td>DAKO</td>
			<td>S3023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-human vWF primary antibody&#160;</td>
			<td>DAKO</td>
			<td>A0082</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-human&#160;CD144 primary antibody&#160;</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>#555661</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eponate 12&#8482; Embedding Kit, with BDMA</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>18012</td>
			<td>Epoxy resin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Uranyl Acetate, 25g</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>19481</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lead Citrate, Trihydrate, 10g</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>19312</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra pure aluminum plate</td>
			<td>Goodfellow</td>
			<td>26050-088</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene sheet</td>
			<td>Goodfellow</td>
			<td>ST313120</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8.0&#34; silicon wafer</td>
			<td>Siltron</td>
			<td>29-01024-03</td>
			<td>Single side polished, 725 &#181;m thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum desiccator, 4.4 L</td>
			<td>Kartell</td>
			<td>KA.230</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>Vacuumer</td>
			<td>V3.VOP100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Unicorntech</td>
			<td>UDP-3003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic stirrer</td>
			<td>Daihan scientific</td>
			<td>SL.SMS03022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Overhead stirrer</td>
			<td>Daihan scientific</td>
			<td>HT120DX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Circulator</td>
			<td>Daihan scientific</td>
			<td>WCR-P12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear moving stage</td>
			<td>Zaber</td>
			<td>A-LSQ300A-E01-KT07</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Angle bracket, 90 degrees</td>
			<td>Zaber</td>
			<td>AB90M</td>
			<td>Accessory of the linear moving stage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMP forcep, 145 mm</td>
			<td>Vitlab</td>
			<td>67995</td>
			<td>Nonmetallic tweezer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE beaker, 250 mL</td>
			<td>Cowie</td>
			<td>CW007.25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic cleaner</td>
			<td>Branson</td>
			<td>B2510MTH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCB cutter</td>
			<td>Hozan Tool Industrial</td>
			<td>K-110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanoimprint device</td>
			<td>Nanonex</td>
			<td>NX-2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen plasma generator</td>
			<td>Femto Science</td>
			<td>CUTE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low temperature sterilizer</td>
			<td>Lowtem</td>
			<td>Crystal 50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 Incubator</td>
			<td>Panasonic</td>
			<td>MCO-18AC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confoal laser scanning microscope</td>
			<td>Carl Zeiss</td>
			<td>LSM700</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscope</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JSM6701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission electron microscope</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>H-7500</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of gradient nanopattern by thermal nanoimprinting technique and screening of the response of human endothelial colony-forming cells

Nanotopography puede encontrarse en diversas matrices extracelulares (ECMs) alrededor del cuerpo y se sabe que tienen importantes acciones reglamentarias sobre reacciones celulares. Sin embargo, es difícil determinar a la relación entre el tamaño de una nanoestructura y las respuestas de las células debido a la falta de herramientas de proyección adecuada. A continuación, os mostramos el desarrollo de placas nanopattern gradiente rentable y reproducible para la manipulación de respuestas celulares. Con óxido de aluminio anódico (AAO) como molde maestro, placas del gradiente nanopattern con nanopillars de gamas de diámetro creciente [120-200 nm (GP 120/200) 200-280 nm (GP 200/280) y 280-360 nm (GP 280/360)] fueron fabricados por un térmico impresión técnica. Estas placas nanopattern gradiente fueron diseñadas para imitar los diversos tamaños de nanotopography en el ECM y se utilizaron para las respuestas de células endoteliales humanas formadoras de colonias (hECFCs) de la pantalla. En este protocolo, se describe el procedimiento paso a paso de la fabricación de placas de gradiente nanopattern de ingeniería, técnicas de cultivo de hECFCs de sangre periférica humana y hECFCs en nanopattern las placas de cultivo celular.

La figura 1 muestra imágenes de SEM de los moldes fabricados de AAO gradiente según su tipo y posición. La figura 2 muestra imágenes de SEM de placas gradiente nanopattern con nanopillars regular-redondeadas y figura 3 cuantificación datos del diámetro del nanopillar. La tabla 1 enumera las características de la nanopillars fabricado.
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Fabrication of Gradient Nanopattern by Thermal Nanoimprinting Technique and Screening of the Response of Human Endothelial Colony-forming Cells

Aquí, presentamos un protocolo para la fabricación de placas nanopattern gradiente vía térmica nanoimprinting y el método de proyección de las respuestas de las células progenitoras endoteliales humanas a las nanoestructuras. Usando la tecnología descrita, es posible producir un andamio que puede manipular el comportamiento de la célula por los estímulos físicos.

Fabricación de Nanopattern gradiente térmico Nanoimprinting técnica y proyección de la respuesta de células formadoras de colonias endoteliales humanas

Nanotopography can be found in various extracellular matrices (ECMs) around the body and is known to have important regulatory actions upon cellular ...

Research

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