מחקר זה נתמך על ידי הלאומי למדע קרן של סין (21474057 ו- 21604076).

אזהרה: נא היוועץ כל גליונות נתונים גשמי בטיחות (MSDS) לפני השימוש. אנא השתמש נוהלי בטיחות המתאים בעת ביצוע ניסויים בכימיה, כולל השימוש של הוד fume וכן ציוד מגן אישי (בטיחות משקפיים, כפפות מגן, חלוק המעבדה, וכו '). הפרוטוקול מחייב תא רגיל בטיפול טכניקות (לחיטוי, שחזור תא, passaging תא, תא הקפאה, תא מכתים, וכד').
 1. הכנה של Hydrogels <ol><li>סינתזה של benzaldehyde הסתיים di functionalized פוליאתילן גליקול (DF PEG) <ol><li>לייבוש מראש של פג פולימר <ol><li>שוקל 4.00 ג'י פג (4,000 מגה-וואט, 1.00 mmol), להעביר את זה לתוך בקבוקון התחתון עגול (250 מ"ל), ולהוסיף טולואן (100 מ"ל). 
			הערה: אחרים יתדות עם משקולות מולקולרית שונים יכולים לעבוד על היווצרות הידרוג אך יוביל קשיחות שונות.</li>
			<li>מחממים את הפתרון על ידי אקדח חום (או פלטה בסביבות 40 ° C) במתינות כדי לעזור לפזר את כל פולימרים. לאחר כל פולימרים התמוססות, להשתמש של המאייד כדי להסיר את כל ממיסים. חזור על זה התמוססות ותהליך יבש פעמיים כדי להפוך פג מיובשים פולימרים. 
			התראה: זו צריכה להתבצע בשכונה fume בזהירות מרבית. טולואן הוא דליק.</li>
		</ol></li> <li>Benzaldehyde התגובה סיום של פג <ol><li>להוסיף פגים ו tetrahydrofuran (THF, 100 מ ל) ל הבקבוק, להמיס פג באמצעות של בחישה. להוסיף 4-carboxybenzaldehyde (0.90 g, 6.0 mmol) ו- 4-dimethylaminopyridine (0.07 g, 0.6 mmol) ברצף הפתרונות כדי להמיס כל מוצקים לחלוטין.</li>
			<li>הוסף N, N &#39;-dicyclohexylcarbodiimide (DCC, 1.25 g, 6.0 mmol) לפתרון, ולהוסיף צינור ייבוש מלא CaCl נטול מים 2 הבקבוקון. לשמור את התגובה תחת ערבוב בטמפרטורת החדר (~ 20 ° C) במשך כ- 12 ח'</li>
		</ol></li> <li>פוסט-תגובה תהליך <ol><li>לסנן מוצקים לבן המופקים הפתרון על ידי ואקום בסיום התגובה. שופכים את הפתרון לתוך קר דיאתיל אתר (500 mL) תחת זע, כדי לזרז את מוצקים לבן. לאסוף את כל המוצקים לבן על-ידי מסנן ויבשה מוצקים בשכונה fume.</li>
			<li>יתמוסס מוצקים לבן THF שוב, לסנן מוצקים לבן לא מסיסים, שופכים את הפתרון לתוך טריים דיאתיל קר, כדי לזרז את מוצקים לבן, לייבש אותו. חזור על תהליך זה שתיים עד שלוש פעמים, ולאחר מכן מקם מוצקים לבן בתנור ייבוש ואקום (20 ° C, 0.1 mbar) כדי לייבש אותם לחלוטין. לאסוף את אבקה לבנה כמו המוצר הסופי: benzaldehyde הסתיים DF פג.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>הכנת hydrogels <ol><li>לשקול כמויות שונות של DF פג (0.11 גרם, 0.028 mmol גרם 0.22, 0.055 mmol; 0.44 g, 0.110 mmol) צינור (10 מ"ל), להוסיף מים יונים (5.0 מ"ל) ולהשתמש למערבולת או פגים כדי לעזור להמיס הפולימר.</li>
		<li>לפזר משקם גליקול (0.495 ז, 6.18 x 10 -3 mmol) במים יונים (15.0 מ ל) צינור (50 מ"ל), והשתמש מערבולת לכמה דקות כדי homogenize את הפתרון משקם (3 wt %).</li>
		<li>להוסיף את פתרון משקם גליקול (0.2 מ ל, 3 wt %) ו- DF יתד פתרונות (0.2 מ"ל) ברצף בצינור (2.0 מ"ל). השתמש מערבולת לערבב את הפתרונות homogeneously hydrogels טופס מספר דקות. בצע את היחס טבלה 1 כדי לגרום hydrogels של חוזק מכני שונה. 
		הערה: השתמש בשיטת היפוך-צינור כדי לקבוע אם הידרוג כבר הקים.</li>
	</ol></li> <li>Rheology ניתוחים <ol><li>לבצע rheology ניתוח על rheometer המסתובבת עם צלחת פלדה מקבילים (קוטר: 20 מ מ). עבור הבדיקה gelation, התפשטה פתרון משקם גליקול (0.2 מ ל, 3 wt %) על צלחת התחתון. לאחר מכן, מוסיפים DF יתד פתרונות מימית (0.2 מ"ל, 2 wt %) שווה dropwise על גבי המשטח פתרון משקם ומערבבים עם פיפטה במהירות. נמוך יותר למטה את הלוח העליון ולהתחיל כשהילדים</li>
		<li>עבור הידרוג &#39; s נוקשות מבחן, של הידרוג לחתוך עיגול (קוטר: 20 מ מ) ולמדוד את המודולוס אחסון (G &#39;) ערכים לעומת ניתוח תדירות-זן 1%. G טיפוסי &#39; ערכים-ראד 6.3 s &#8722; 1 המפורטים בטבלה 1- 
		הערה: לבצע את הבדיקות rheology של הידרוג 0.5 h לאחר היווצרות הידרוג כדי להבטיח ייצוב דינמי בונד הידרוג-</li>
		<li>עבור הידרוג &#39; s healable עצמי לבדוק, לחתוך חתיכות של הידרוג ורכוש לאסוף את החלקים יחד כדי self-heal אל כלי נפרד של. ואז לחתוך את פיסת הידרוג לעשות עיגול (קוטר: 20 מ מ), שים rheometer כדי לבצע את הניתוח rheology.</li>
	</ol></li></ol> 2. תא תלת-ממד, בטיפוח Hydrogels <ol><li>ההכנה של פתרונות gelation הידרוג <ol><li>שוקל DF פג (0.44 g, 0.11 mmol) בצינור סטרילי (4.0 מ"ל), להוסיף תא תרבות בתקשורת (RPMI-1640, 2.0 mL), ולהשתמש למערבולת או קדירות לעזור לפזר הפולימר להשגת הפתרון פולימר (20 wt %). לטעון את הפתרון ב מזרק (10.0 מ ל) ולחטא אותו לאחר מכן על ידי העברתו דרך מסנן חיידקים-לפרטים מיקרון (0.22 מיקרומטר).</li>
		<li>שוקל את משקם גליקול (0.165 g, 2.06 x 10 -3 mmol) בצינור סטרילי (15.0 מ ל), להוסיף תא תרבות המדיה (RPMI-1640, 4.0 מ"ל) ב, מערבולת כדי לעזור לפזר הפולימר להשגת הפתרון משקם גליקול (4.0 wt %). לטעון את הפתרון ב מזרק (10.0 מ ל) ולסנן אותו עם מסנן חיידקים-לפרטים מיקרומטר 0.22.</li>
	</ol></li> <li>תא בטיפוח hydrogels זהירות: לבצע כל תא שגרות בשכונה תרביות רקמה. ידע בסיסי סטרילי טכניקה צפוי.
	<ol><li>הכנה של השעיה תא <ol><li>התרבות L929 תאים RPMI-1640 בינוני בתוספת 10% FBS, 5% פניצילין (10 מ"ל) ב- פטרי צלחת (בקוטר 10 ס מ), דגירה ב 37 מעלות צלזיוס, 5% CO 2. מחליף המדיום כל יום לפני השימוש.</li>
			<li>לקצור את התאים L929 עם PBS המכיל טריפסין (0.025% w/v) ו- EDTA (0.01% w/v), ואז צנטריפוגה (70 x גרם, 5 דקות), מחדש להשהות את התאים בטווח הבינוני RPMI-1640 (1.0 מ"ל). לבצע ספירת תאים באמצעות הפעולה הרגיל של לוח ספירת דם. מחדש להשעות את התאים כדי להתאים את הריכוז תא ל ~ 3.75 × 10 6 תאים למ"ל.</li>
		</ol></li> <li>תא כימוס ב- hydrogels <ol><li>לערבב את המתלים תא L929 (0.4 mL, 3.75 x 10 6 תאים מ ל -1) עם פתרון משקם גליקול (0.4 מ"ל) צינור (4.0 מ"ל) על ידי מערבולת. Pipette הפתרון משקם L929/גליקול (0.8 מ ל) אל מרכז צלחת פטרי קונאפוקלית (קוטר 2.0 ס מ). Pipette הפתרונות DF פג (0.2 מ"ל) לתוך אותה המנה, פיפטה בעדינות כדי לערבב את הפתרון זירוז היווצרות הידרוג- 
			הערה: להעריך את היווצרות הידרוג בהטיית הפטרי.</li>
			<li>לקבלת תרבית תאים ישירה, להוסיף סכומים נוספים של RPMI-1640 תרבות המדיה (1.0 מ"ל) על גבי הידרוג. לשים את hydrogels תא מוטבע (1.0 מ"ל, 1.5 wt % גליקול משקם, wt 4.0% DF פג, 1.5 × 10 6 תאים מ ל -1) בתוך אינקובטור (37 מעלות צלזיוס, 5% CO 2) ושנה את המדיום כל יום. להתכונן תא הדמיה ביום 1, 3, 5 ו- 7 אחרי כימוס תא.</li>
		</ol></li> <li>עבור התרבות שלאחר תא תלת-ממד ב- hydrogels לאחר ההזרקה, להכין הידרוג התא טעון (מל ' 1.0, ראה שלב 2.2.2) במזרק (10.0 mL, המחט 48 גרם). לאחר הטפסים הידרוג להזריק את הידרוג לאט לתוך צלחת פטרי עבור הדמיה קונפוקלי. להוסיף סכום נוסף של תרבות התקשורת (1.0 מ"ל) על גבי הידרוג ולשנות אותו כל יום. לשים את צלחת פטרי באינקובטור (37 מעלות צלזיוס, 5% CO 2) ולהתכונן הדמיה לאחר מכן. 
		התראה: בבקשה לבדוק ולעקוב אחר הפרוטוקול מבצע בטיחות של מזרק.</li>
	</ol></li> <li>תא הכדאיות ניתוח <ol><li>תצפית קונאפוקלית <ol>
			<li>לשטוף את hydrogels עם PBS (1.0 מ"ל) עבור שתי פעמים. מכתים את hydrogels עם diacetate Fluorescein (ה-FDA, 0.5 mL, 0.05 מ"ג/מ"ל) ופתרונות יודיד (PI, 0.5 mL, 0.08 מ"ג/מ"ל) propidium למשך 15 דקות. לאחר צביעת, להסיר כל ממיסים את.</li>
			<li>לבחון את hydrogels באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי תחת עירור אורכי הגל של 488 ננומטר, 543 nm לדמיין חיים ומתים תאים, בהתאמה. לקחת את z-במחסן דרך כל עומק מיקרומטר 2 hydrogels כדי לאמת ריפודי כתופיים של תאים בכל רחבי. 
			הערה: ה-FDA כתמי תאים חיים בזמן PI כתמי תאים מתים.</li>
		</ol></li> <li>לבזות את הידרוג (1.0 מ"ל) עם חומצה אצטית (HAc, 3 v %, 1.0 מ"ל) במשך 5 דקות, פיפטה לתוך צינור (4.0 מ"ל). איסוף תאים על ידי צנטריפוגה (70 x גרם, 5 דקות), מחדש להשעות את התאים RPMI-1640 תא תרבות בינוני (1.0 מ"ל). לבצע תא ספירת דם ספירת לוח.</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. A., Kloxin, 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=Light-mediated+Formation+and+Patterning+of+Hydrogels+for+Cell+Culture+Applications.">Light-mediated Formation and Patterning of Hydrogels for Cell Culture Applications.</a> J. Vis. Exp. (115), (2016).</li><li>Haycock, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+cell+culture:+a+review+of+current+approaches+and+techniques.">3D cell culture: a review of current approaches and techniques.</a> 3D Cell Culture: Methods and Protocols. , 1-15 (2011).</li><li>Breslin, S., O&#8217;Driscoll, L. <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:+the+missing+link+in+drug+discovery.">Three-dimensional cell culture: the missing link in drug discovery.</a> Drug. Discov. 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. 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>

המחברים אין לחשוף.

הידרוג הוצג פרוטוקול זה (איור 1) מכיל שני רכיבים מרכזיים: את משקם גליקול פולימרים טבעיים, benzaldehyde סינתטי הסתיים פולימר gelator פג DF, אשר שניהם חומרים מסתיימים. סינתזה של DF פג מוצג באמצעות תגובת שינוי בשלב אחד. יתד של משקל מולקולרי 4,000 נבחר ב פרוטוקול זה, חששות, המסיסות, שינוי יעילות, וכן הידרוג נוקשות. סדרה של hydrogels עם חוזק מכני שונה הוכנו תוך שימוש שונות לתוכן מוצק יחסי של גליקול משקם, DF פג. Hydrogels הומוגנית נוצרו במהירות תוך דקות על ידי ערבוב gelation פתרונות מתחת לטמפרטורת החדר, למרות המהירות gelation יכול גם להאט על ידי תמיסות. מבחן rheology הועסק כדי להעריך את נקודות החוזק המכני של hydrogels שונים. מודולים אחסון (G ") של hydrogels האלה נמצאו דברים שונים כ 900 הרשות הפלסטינית (רך), 2,100 הפלסטינית (בינוני) 4,700 הרשות הפלסטינית (נוקשה) (טבלה 1 , איור 2A). זה תרמו crosslinking צפיפות גבוהה יותר על-ידי הוספת עוד פולימר gelators ברשת הידרוג, וכתוצאה מכך אחסון גבוה מודולוס (נוקשות יותר). המאפיין healable עצמית הוא אישר גם על ידי שחזור מודולוס של הידרוג (איור 2B). זה ידוע כי ECM נוקשות שונה בשביל לרקמות שונות, ובכך הידרוג יכול להציע רמזים מכני מתכוונן בדרישות מחקר שונים על ידי יחסי מגוונים בין גליקול משקם DF פג פולימר gelators18.
L929 תאים, קו תא פיברובלסט עכבר אופייני עם ויוו הסביבה רקמות קשיחות של ~ הרשות הפלסטינית 5,60019שימש כמודל תא ניתן להטביע את הידרוג. לאחר כימוס תא ב- hydrogels, זה יכול להיות בקלות שנצפו כי התאים hydrogels הראו הכדאיות גבוה ביותר (&#62; 99%) לאורך כל התהליך תרבות, המאשרת את הביו מעולה של הידרוג מבוססי משקם. עלייה מרשימה של צפיפות התאים הידרוג נרמז הידרוג הזה יכול. לתמוך התפשטות התאים L929 גם בלי תוספת-נוסף גורמי גדילה (איור 3 א). לאחר 7 ימים בתרבות ב הידרוג, המספר הסלולרי עלה 300% (איור 3B). הוא דיווח כי התאים בתרבית, פיגומים יכולה להבחין בעקבות רמזים מכני20,21, אשר עשוי לרמוז מחקר נוסף בשיטה זו תרבות הידרוג תלת-ממד.
השתלת תאים עם hydrogels להזרקה צבר יתרונות שאין דומה לו מאוד לשפר את יעילות משלוח ואת הכדאיות של תאים מושתל14. בתוך רשת תפור אימין דינמי, הידרוג יכול self-heal לאחר ההזרקה. המאפיין healable עצמית מאפשר את הידרוג להיות להזרקה, ממנה משתמע יישומים אפשריים עבור hydrogels כמו בזריקות ספקים מרובים. להעריך עוד יותר את הידרוג כנשא התא להזרקה, בוצע ניסוי הזרקת מחקה, שלאחר culturing. הידרוג תא מוטבע הטעון מזרק, לחוץ דרך מחט 48 גרם לתוך צלחת פטרי, ואחריו יום 7 שלאחר culturing תהליך עם תא הכדאיות והתפשטות קצב למד.
כפי שמוצג באיור 4A, החלקים הידרוג מחוצה יכול self-heal לבצע רפורמה של הידרוג משולבת בערך 1 h לאחר ההזרקה, אפשרות שימושית במשלוח התא. עבור תאים הידרוג, כאשר לעומת התמונה לקח רק לאחר כימוס (איור 4A, הוספה השמאלי), צפיפות תא גדל באופן דרמטי לאחר 7 ימים (איור 4A, הוספה האמצעי). בחיזיון מוגדלות יותר מפורט תא-fissional תהליך שבו נמצאו תאים מסוימים כדי להיות מחולק לשני (איור 4A, הוספה נכון), אישר ישירות על ידי התפשטות תאים תלת-ממד ב- הידרוג. איור 4B מראה תמונות קונאפוקלית של מבחני תא חי-מת לאחר הזרקת וניסוי פוסט תרבות. הצפיפות של תאים מוזרק גדל ברור עם יכולת הקיום התא גבוהה (&#62; 99%), הממחיש את התפשטות תאים מוצלחת ב- הידרוג 3D לאחר ההזרקה. כדי ללמוד שאם הזריקה מושפעות את קצב התפשטות התאים, השוואה של נתונים סטטיסטיים כמותיים ןועברל בבתי התפשטות תאים hydrogels עם או בלי הזרקת היה לבצע (איור 4C). קצב התפשטות התאים לאחר ההזרקה, אמנם ירד מעט, נותרה רמה גבוהה (~ 75%), מספר תאים מוגברת 145% יחסית לאחר 7 ימים בתרבות של הידרוג, המציין כי הכוח ההטיה במהלך ההזרקה יש נצפות מוגבל השפעה שלילית על התפשטות תאים.
אנו המתואר הליך טיפוסי של יישום זה הידרוג אבל חוקרים יכולים לשנות את פרוטוקול מחקר ספציפי לדרישות. פולימר gelators יש השפעות משמעותיות על הידרוג והם בקלות לשינוי. לדוגמה, הנוקשות של הידרוג הזה שאפשר לשלוט בקלות על ידי יחסים שונים של גליקול משקם, DF פג gelator. בינתיים, השימוש DF יתד של משקולות מולקולרית אחרים גם להגשים יעד זה. השתמשנו פג 4K בפרוטוקול זה, אך תיתכן גם עבודה פג 2K כדי 10K. כשמשתמשים אחרים יתדות, חשוב לנטר את gelation והזמן נוקשות במיוחד. Gelators פולימר פונקציונליים אחרים יפעלו גם אם החוקרים יש כישורים סינתזה כדי להכין ספציפיות תפקודית פולימרים המסתיימת benzaldehyde17.
פרוטוקול זה יש מספר מגבלות. ראשית, בשל מבנה דינמי, הנוקשות של הידרוג הזה הוא מוגבל לעומת הידרוג תפור קשר קוולנטי. אחד ייתכן שתיתקל בכשלים להכין hydrogels עם גבוה מדי של עיצוב מודול. שנית, זו הידרוג הוא ביו-מתכלים, ובכך יגביל את התרבות תאים לטווח ארוך בתוך הידרוג. שלישית, הידרוג מציע סביבת הטיפוח תפור תלת-ממדית הכוללת דיפוזיה חששות. נכון להיום, רוב הניתוחים הביו מבוססים על תרבות 2D. המבנה התלת-ממד עלול לעכב תאים נוספים הקשורים בלימודי vivo.
בעת שימוש בפרוטוקול זה, ישנם מספר שלבים קריטיים לעקוב. ראשית, במהלך הסינתזה של gelator הפולימר DF פג, התייבשות היא חשובה מאוד. שנית, בעת ביצוע הליכים הקשורים תא, מבצע סטרילי היא קריטית. שלישית, הפעם מכתימים צריכה להיות טוב נשלטת ב hydrogels כדי לקבל תמונות קונאפוקלית נחמד.
לסיכום, הפרוטוקול הציג הכנת נתיישב מבוססי משקם hydrogels להזרקה, אשר מוחלות כפלטפורמה ליצירת תרבית תאים 3D יכול להציע רמזים מכני מתכוונן על מחקרים שונים. זה כבר הוחל באזורים לגבי תרופות, טיפול בתאי הגידול כימותרפיה, אשר לא רק מעיד הביצועים שלו, אלא גם מגביר את הפוטנציאל עבור ap ביוplications.

Hydrogels הם חומרים פולימריים תפור עם כמויות גדולות של מים רכים תכונות מכניות, הם שימשו. יישומים ביו-רפואיים רבים1,2. Hydrogels יכולים להציע סביבה רך ורטוב, אשר דומה מאוד הסביבה פיזיולוגיים עבור תאים ויוו. לכן, hydrogels הפכו לאחד פיגומים הפופולרי ביותר עבור תא 3D-תרבות-3,-4. בהשוואה ל תרבית תאים 2D פטרי, תרבית תאים 3D התקדמה במהירות להציע שמטריצה חוץ-תאית (ECM) חיקה microenvironment עבור תאים ליצור קשר עם ולהרכיב למטרות של התפשטות ובידול -5. בנוסף, hydrogels המכילה פולימרים טבעיים יכול להציע ביו תואמי וקידום סביבות עבור תאים להתרבות, להבדיל3. Hydrogels נגזר פולימרים סינתטיים עדיפים רכיבי שלהם פשוטה וברורה, אשר לא לכלול השפעות מורכבות כמו חיה-מקור חלבונים או וירוסים. בין כל הידרוג המועמדות תרבית תאים 3D, hydrogels מוכנים בקלות, יש מאפיין עקבי הם תמיד המועדף. המתקן כדי להתאים את המאפיינים של הידרוג כדי להתאים לדרישות מחקר שונים חשוב כמו טוב6.
כאן אנו מציגים נתיישב הכנת גליקול מבוססי משקם הידרוג באמצעות כימיה אימין דינאמי, אשר הופכת פלטפורמה תכליתי הידרוג תרבות תלת התא7. בשיטה זו, משקם גליקול ביו תואמי ידועים משמשים להקים מסגרות של הרשתות של הידרוג. קבוצות אמינו שלה הם הגיבו benzaldehyde הסתיים פוליאתילן גליקול כמו פולימר gelator כדי ליצור חוב אימין דינמי כמו crosslinkages של hydrogels8. אימין דינמית אג ח ניתן ליצור, מתפרקים הפיכה ואת responsively לסביבתם, שהעניקו את hydrogels עם תפור באופן מכני מתכוונן רשתות9,10,11. בשל שלה לתוכן מים גבוהה, חומרים ביו-תואם, חוזק מכני מתכוונן, הידרוג מיושמת בהצלחה בדומה לפיגום עבור תאים L929 תא 3D תרבות12,13. פרוטוקול כאן פרטים ההליכים, לרבות פולימר gelator סינתזה, הכנה הידרוג, תא הטבעה culturing תא תלת-ממד.
הידרוג מציגה גם מספר תכונות אחרות בשל שלה crosslinkages אימין דינמיים, כולל שלה רב מגיב לגירויים שונים ביו-(חומצה/pH, pyridoxal נגזרות ויטמין B6, חלבון פפאין, וכו '), המציין כי הידרוג יכול להיות המושרה מתפרקת תחת התנאים הפיזיולוגיים8. הידרוג הוא גם עצמית healable להזרקה, מה שאומר הידרוג אפשר יהיה לנהל באמצעות שיטת הזרקת פולשני מינימלי ולהשיג יתרון סמים ותא משלוחים14,15. על ידי הוספת תוספים תפקודית או פולימר ספציפיות מוגדרות מראש gelators, הידרוג מתאים להשגת מאפיינים ספציפיים כמו מגנטי, טמפרטורה, pH מגיבים, ועוד16,17, אשר יכול להגשים מגוון רחב של דרישות המחקר. מאפיינים אלה חושפים יכולת פוטנציאלית של הידרוג ניתן בהזרקה ספקים מרובים עבור תאים בתוך חוץ גופית ו ויוו מחקר ביו-רפואי והן יישומים וסמים.

<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

הפרוטוקול מציג שיטה נתיישב, יעיל, ו תכליתי כדי להכין hydrogels מבוססי משקם באמצעות הכימיה אימין דינמי. הידרוג מוכן על ידי ערבוב פתרונות של גליקול משקם עם gelator פולימר benzaldehyde מסונתז הסתיים, hydrogels מתקבלים ביעילות תוך מספר דקות בטמפרטורת החדר. על ידי יחסי משתנות בין גליקול משקם, פולימר gelator ותוכן מים, מתקבלים hydrogels רב-תכליתי עם gelation שונים פעמים וקשיחות. כאשר פגום, הידרוג יכול לשחזר שלה הופעות, המודולוס, בשל הפיכות מכבלי אימין דינמי כמו crosslinkages. מלון healable עצמית זה מאפשר את הידרוג להיות להזרקה, שכן הוא יכול להיות עצמי נרפא מפיסות סחוט הידרוג בצובר נפרד לאחר תהליך ההזרקה. הידרוג הוא גם רב מגיב לגירויים ביו-אקטיביות רבות בשל מצבים שונים equilibration מכבלי אימין דינמי. הידרוג הזה אושר כמו ביו-תואם, תאי פיברובלסט העכבר L929 היו מוטבעים הבאים הליכים סטנדרטיים, התפשטות תא הוערכה בקלות על ידי תהליך הטיפוח תא תלת-ממד. הידרוג יכולים להציע פלטפורמה מתכווננת למחקר אחר שבו לחקות פיזיולוגיים של סביבה תלת-ממד עבור תאים הוא מרוויח. יחד עם תכונותיו רב מגיב healable עצמית, זריקות, פוטנציאל ניתן להחיל את hydrogels כמו ספקים מרובים עבור תאים יישומים ביו-רפואיים עתידיים וסמים.

מצגת סכמטי של פרוטוקול זה על הידרוג ההכנה והשימוש בה כמו תרבית תאים 3D מוצע באיור1. פרטים של התוכן של הידרוג יחסי המוכנים חוזק מכני שונה מסוכם בטבלה1. הידרוג healable עצמית, rheology מאפיין מציג נוקשות של הידרוג על-ידי אחסון מודולוס לעומת מבחן תדירות באיור2. תמונות קונאפוקלית התא ואת מספרי הטלפון הנייד עם ימים תרבות hydrogels מוצגים באיור 3, המאשרת את התא הכדאיות ואת התפשטות תאים באמצעות תרבית תאים תלת-ממד. איור 4 מציג מיקרוסקופ, תמונות וידאו, וניתוח תא התפשטות המחירים עבור תאים נעוץ hydrogels שסבלו הזרקת ותרבות שלאחר. תא גבוהה הכדאיות והתפשטות תאים מצביעים על כך התאים נעוץ את הידרוג סבל אין נזק הרסני יכול לשחזר על-ידי תרבות פוסט, המציין injectability של הידרוג.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56253/56253fig1.jpg"> 
איור 1 : הכנת את הידרוג, את השימוש בשם תרבות תלת התא. (א) הכנת הידרוג; (B) תא הכנה ההשעיה; (ג) תרבית תאים תלת-ממד ב- hydrogels עם או בלי זריקה. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56253/56253fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56253/56253fig2.jpg"> 
איור 2: הידרוג נוקשות. אחסון מודולוס G' לעומת התדירות של (A) המקורי, hydrogels עצמית בריאה (B). <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56253/56253fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56253/56253fig3.jpg"> 
איור 3 : תרבות תלת התא הידרוג- (A) 3D תמונות קונאפוקלית של תאים L929 נעוץ הידרוג כוח נוקשה (ירוק: לחיות תאים; אדום: תאים מתים); תא (B) סופר תוצאות של תאים L929 מוטבע הידרוג לאחר תא כימוס בזמן מסומן. סרגל קנה מידה = 300 מיקרומטר. נתונים שהוצגו כמו זאת אומרת ± SD. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56253/56253fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56253/56253fig4.jpg"> 
איור 4 : פוסט-תרבות תא 3D הידרוג לאחר ההזרקה- (א) א תמונה סכמטי של הזרקה של התרבות פוסט הידרוג שנטענו תא. הוספה: תמונות מיקרוסקופ של תאים מוטבע hydrogels לפני ההזרקה (משמאל) ואחרי תרבית תאים לאחר 7 ימים (התיכון וימינה). סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר; (B) תמונות קונאפוקלית של תאים L929 נעוץ הידרוג כוח נוקשות ותרבותית פוסט לאחר ההזרקה (ירוק: לחיות תאים; אדום: תאים מתים), סולם בר = מיקרומטר 300; (ג) A השוואה של קצב התפשטות של תאים תרבותי ב hydrogels עם או בלי הזרקת לאחר אנקפסולציה. נתונים שהוצגו כמו זאת אומרת ± SD. (Adapted הפניה12; זכויות יוצרים © Elsevier 2017). <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56253/56253fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>הידרוג נוקשות</td>
			<td>רך</td>
			<td>בינוני</td>
			<td>נוקשות</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>משקם גליקול (מ ג)</td>
			<td>6.6</td>
			<td>6.6</td>
			<td>6.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DF פג (מ ג)</td>
			<td>4.4</td>
			<td>8.8</td>
			<td>17.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>פולימר gelator תוכן (wt %)</td>
			<td>1</td>
			<td>2</td>
			<td>4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מים יונים (mL)</td>
			<td>0.4</td>
			<td>0.4</td>
			<td>0.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelaion הזמן (דקות)</td>
			<td>7.5</td>
			<td>5</td>
			<td>3.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>G' (Pa)*</td>
			<td>900</td>
			<td>2100</td>
			<td>4700</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>* בדקו תחת תדירות ראד 6.3 s-1, זן 1% באמצעות צלחת מקבילים (בקוטר 20 מ מ) על rheometer הסיבוב.</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
טבלה 1: מידע hydrogels המוכנים חוזק מכני שונה.

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Chitosan-based Injectable Hydrogels and Its Application in 3D Cell Culture at JoVE.com

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

כאן נתאר להכנת נתיישב hydrogels להזרקה מבוסס משקם באמצעות הכימיה אימין דינמי. שיטות להתאמת חוזק מכני של הידרוג ויישומה בתרבות תא 3D מוצגים.

הכנת Hydrogels להזרקה מבוסס משקם ויישומה בתרבות תא תלת-ממד

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

preparation-chitosan-based-injectable-hydrogels-its-application-3d

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

18.9K Views.  Tsinghua University. כאן נתאר להכנת נתיישב hydrogels להזרקה מבוסס משקם באמצעות הכימיה אימין דינמי. שיטות להתאמת חוזק מכני של הידרוג ויישומה בתרבות תא 3D מוצגים.

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

Synthesis, Cellular Delivery and In vivo Application of Dendrimer-based pH Sensors

The development of fluorescent indicators represented a revolution for life sciences. Genetically encoded and synthetic fluorophores with sensing abilities allowed the visualization of biologically relevant species with high spatial and temporal resolution. Synthetic dyes are of particular interest thanks to their high tunability and the wide range of measureable analytes. However, these molecules suffer several limitations related to small molecule behavior (poor solubility, difficulties in targeting, often no ratiometric imaging allowed). In this work we introduce the development of dendrimer-based sensors and present a procedure for pH measurement in vitro, in living cells and in vivo. We choose dendrimers as ideal platform for our sensors for their many desirable properties (monodispersity, tunable properties, multivalency) that made them a widely used scaffold for several biomedical devices. The conjugation of fluorescent pH indicators to the dendrimer scaffold led to an enhancement of their sensing performances. In particular dendrimers exhibit reduced cell leakage, improved intracellular targeting and allow ratiometric measurements. These novel sensors were successfully employed to measure pH in living HeLa cells and in vivo in mouse brain.

Synthesis, Cellular Delivery and In vivo Application of Dendrimer-based pH Sensors

Fluorescence sensors are powerful tools in life science. Here we describe a methodology to synthesize and use dendrimer-based fluorescent sensors to measure pH in living cells and in vivo. The dendritic scaffold enhances the properties of conjugated fluorescent dyes leading to improved sensing properties.

סינתזה, משלוח נייד ו<em&gt; בvivo</em&gt; יישום של חיישני pH מבוססי dendrimer

The development of  fluorescent indicators represented a revolution for life sciences. Genetically  encoded and synthetic fluorophores with sensing ...

Isolation and Preparation of Bacterial Cell Walls for Compositional Analysis by Ultra Performance Liquid Chromatography

The bacterial cell wall is critical for the determination of cell shape during growth and division, and maintains the mechanical integrity of cells in the face of turgor pressures several atmospheres in magnitude. Across the diverse shapes and sizes of the bacterial kingdom, the cell wall is composed of peptidoglycan, a macromolecular network of sugar strands crosslinked by short peptides. Peptidoglycan&#8217;s central importance to bacterial physiology underlies its use as an antibiotic target and has motivated genetic, structural, and cell biological studies of how it is robustly assembled during growth and division. Nonetheless, extensive investigations are still required to fully characterize the key enzymatic activities in peptidoglycan synthesis and the chemical composition of bacterial cell walls. High Performance Liquid Chromatography (HPLC) is a powerful analytical method for quantifying differences in the chemical composition of the walls of bacteria grown under a variety of environmental and genetic conditions, but its throughput is often limited. Here, we present a straightforward procedure for the isolation and preparation of bacterial cell walls for biological analyses of peptidoglycan via HPLC and Ultra Performance Liquid Chromatography (UPLC), an extension of HPLC that utilizes pumps to deliver ultra-high pressures of up to 15,000 psi, compared with 6,000 psi for HPLC. In combination with the preparation of bacterial cell walls presented here, the low-volume sample injectors, detectors with high sampling rates, smaller sample volumes, and shorter run times of UPLC will enable high resolution and throughput for novel discoveries of peptidoglycan composition and fundamental bacterial cell biology in most biological laboratories with access to an ultracentrifuge and UPLC.

The bacterial cell wall is composed of peptidoglycan, a macromolecular network of sugar strands crosslinked by peptides. Ultra Performance Liquid Chromatography provides high resolution and throughput for novel discoveries of peptidoglycan composition. We present a procedure for the isolation of cell walls (sacculi) and their subsequent preparation for analysis via UPLC.

בידוד והכנת קירות תא חיידקי לניתוח קומפוזיציוני על ידי כרומטוגרפיה נוזלית אולטרה ביצועים

The bacterial cell wall is critical for the determination of cell shape during growth and division, and maintains the mechanical integrity of cells in the ...

Preparation and Use of Carbonyl-decorated Carbenes in the Activation of White Phosphorus

Here we present a protocol for the synthesis of two distinct carbonyl-decorated carbenes. Both carbenes can be prepared using nearly identical procedures in multi-gram scale quantities. The goal of this manuscript is to clearly detail how to handle and prepare these unique carbenes such that a synthetic chemist of any skill level can work with them. The two carbenes described are a diamidocarbene (DAC, carbene 1) and a monoamidoaminocarbene (MAAC 2). These carbenes are highly electron-deficient and as such display reactivity profiles that are atypical of more traditional N-heterocyclic carbenes. Additionally, these two carbenes only differ in their electrophilic character and not their steric parameters, making them ideal for studying how carbene electronics influence reactivity. To demonstrate this phenomenon, we are also describing the activation of white phosphorus (P4) using these carbenes. Depending on the carbene used, two very different phosphorus-containing compounds can be isolated. When the DAC 1 is used, a tris(phosphaalkenyl)phosphane can be isolated as the exclusive product. Remarkably however, when MAAC 2 is added to P4 under identical reaction conditions, an unexpected carbene-supported P8&#160;allotrope of phosphorus is isolated exclusively. Mechanistic studies demonstrate that this carbene-supported P8allotrope forms via a [2+2] cycloaddition dimerization of a transient diphosphene which has been trapped by treatment with 2,3-dimethyl-1,3-butadiene.

Here, we present a protocol for the synthesis of two carbonyl-decorated carbenes. The protocol makes these interesting compounds readily available to chemists of all skill levels. In addition to the synthesis of these two carbenes, their use in the activation of white phosphorus is also described.

הכנה ושימוש בקרבנים מעוטרים קרבוניל בהפעלה של זרחן לבן

Here we present a protocol for the synthesis of two distinct carbonyl-decorated carbenes. Both carbenes can be prepared using nearly identical procedures ...

Sequencing of Plant Wall Heteroxylans Using Enzymic, Chemical (Methylation) and Physical (Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance) Techniques

This protocol describes the specific techniques used for the characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of heteroxylans. De-starched wheat endosperm cell walls were isolated as an alcohol-insoluble residue (AIR)1 and sequentially extracted with water (W-sol Fr) and 1 M KOH containing 1% NaBH4 (KOH-sol Fr) as described by Ratnayake et al. (2014)2. Two different approaches (see summary in Figure 1) are adopted. In the first, intact W-sol AXs are treated with 2AB to tag the original RE backbone chain sugar residue and then treated with an endoxylanase to generate a mixture of 2AB-labelled RE and internal region reducing oligosaccharides, respectively. In a second approach, the KOH-sol Fr is hydrolyzed with endoxylanase to first generate a mixture of oligosaccharides which are subsequently labelled with 2AB. The enzymically released ((un)tagged) oligosaccharides from both W- and KOH-sol Frs are then methylated and the detailed structural analysis of both the native and methylated oligosaccharides is performed using a combination of MALDI-TOF-MS, RP-HPLC-ESI-QTOF-MS and ESI-MSn. Endoxylanase digested KOH-sol AXs are also characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) that also provides information on the anomeric configuration. These techniques can be applied to other classes of polysaccharides using the appropriate endo-hydrolases.

Sequencing of Plant Wall Heteroxylans Using Enzymic, Chemical Methylation and Physical Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance Techniques

This protocol describes the specific techniques used for the structural characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of heteroxylans by tagging the RE with 2 aminobenzamide prior to enzymatic (endoxylanase) hydrolysis and then analysis of the resultant oligosaccharides using mass spectrometry (MS) and nuclear magnetic resonance (NMR).

רצף של הצמח קיר Heteroxylans שימוש enzymic, כימית (מתילציה) הפיזיקליים (ספקטרומטריית מסה, תהודה מגנטית גרעינית) טכניקות

This protocol describes the specific techniques used for the characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of ...

Investigations on the Ga(III) Complex of EOB-DTPA and Its 68Ga Radiolabeled Analogue

We demonstrate a method for the isolation of EOB-DTPA (3,6,9-triaza-3,6,9-tris(carboxymethyl)-4-(ethoxybenzyl)-undecanedioic acid) from its Gd(III) complex and protocols for the preparation of its novel non-radioactive, i.e., natural Ga(III) as well as radioactive 68Ga complex. The ligand as well as the Ga(III) complex were characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, mass spectrometry and elemental analysis. 68Ga was obtained by a standard elution method from a 68Ge/68Ga generator. Experiments to evaluate the 68Ga-labeling efficiency of EOB-DTPA at pH 3.8&#8211;4.0 were performed. Established analysis techniques radio TLC (thin layer chromatography) and radio HPLC (high performance liquid chromatography) were used to determine the radiochemical purity of the tracer. As a first investigation of the 68Ga tracers&#39; lipophilicity the n-octanol/water distribution coefficient of 68Ga species present in a pH 7.4 solution was determined by an extraction method. In vitro stability measurements of the tracer in various media at physiological pH were performed, revealing different rates of decomposition.

Investigations on the GaIII Complex of EOB-DTPA and Its 68Ga Radiolabeled Analogue

A procedure for the isolation of EOB-DTPA and subsequent complexation with natural Ga(III) and 68Ga is presented herein, as well as a thorough analysis of all compounds and investigations on labeling efficiency, in vitro stability and the n-octanol/water distribution coefficient of the radiolabeled complex.

חקירות על קומפלקס Ga (III) של EOB-DTPA ו שלה<sup&gt; 68</sup&gt; Ga radiolabeled Analogue

We demonstrate a method for the isolation of EOB-DTPA (3,6,9-triaza-3,6,9-tris(carboxymethyl)-4-(ethoxybenzyl)-undecanedioic acid) from its Gd(III) ...

Preparation and Characterization of C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Physical thermal deposition in a high vacuum environment is a clean and controllable method for fabricating novel molecular nanostructures on graphene. We present methods for depositing and passively manipulating C60 molecules on rippled graphene that advance the pursuit of realizing applications involving 1D C60/graphene hybrid structures. The techniques applied in this exposition are geared towards high vacuum systems with preparation areas capable of supporting molecular deposition as well as thermal annealing of the samples. We focus on C60 deposition at low pressure using a homemade Knudsen cell connected to a scanning tunneling microscopy (STM) system. The number of molecules deposited is regulated by controlling the temperature of the Knudsen cell and the deposition time. One-dimensional (1D) C60 chain structures with widths of two to three molecules can be prepared via tuning of the experimental conditions. The surface mobility of the C60 molecules increases with annealing temperature allowing them to move within the periodic potential of the rippled graphene. Using this mechanism, it is possible to control the transition of 1D C60 chain structures to a hexagonal close packed quasi-1D stripe structure.

Preparation and Characterization of C60/Graphene Hybrid Nanostructures

Here we present a protocol for the fabrication of C60/graphene hybrid nanostructures by physical thermal evaporation. Particularly, the proper manipulation of deposition and annealing conditions allow the control over the creation of 1D and quasi 1D C60 structures on rippled graphene.

הכנה ואפיון של C60/Graphene היברידית Nanostructures

Physical thermal deposition in a high vacuum environment is a clean and controllable method for fabricating novel molecular nanostructures on graphene. We ...

Bio-inspired Polydopamine Surface Modification of Nanodiamonds and Its Reduction of Silver Nanoparticles

Surface functionalization of nanodiamonds (NDs) is still challenging due to the diversity of functional groups on the ND surfaces. Here, we demonstrate a simple protocol for the multifunctional surface modification of NDs by using mussel-inspired polydopamine (PDA) coating. In addition, the functional layer of PDA on NDs could serve as a reducing agent to synthesize and stabilize metal nanoparticles. Dopamine (DA) can self-polymerize and spontaneously form PDA layers on ND surfaces if the NDs and dopamine are simply mixed together. The thickness of a PDA layer is controlled by varying the concentration of DA. A typical result shows that a thickness of ~5 to ~15 nm of the PDA layer can be reached by adding 50 to 100 &#181;g/mL of DA to 100 nm ND suspensions. Furthermore, the PDA-NDs are used as a substrate to reduce metal ions, such as Ag[(NH3)2]+, to silver nanoparticles (AgNPs). The sizes of the AgNPs rely on the initial concentrations of Ag[(NH3)2]+. Along with an increase in the concentration of Ag[(NH3)2]+, the number of NPs increases, as well as the diameters of the NPs. In summary, this study not only presents a facile method for modifying the surfaces of NDs with PDA, but also demonstrates the enhanced functionality of NDs by anchoring various species of interest (such as AgNPs) for advanced applications.

A facile protocol is presented to functionalize the surfaces of nanodiamonds with polydopamine.

שינוי בהשראה ביו השטח Polydopamine של Nanodiamonds והצמצום שלה של סילבר חלקיקים

Surface functionalization of nanodiamonds (NDs) is still challenging due to the diversity of functional groups on the ND surfaces. Here, we demonstrate a ...

Photogeneration of N-Heterocyclic Carbenes: Application in Photoinduced Ring-Opening Metathesis Polymerization

We report a method to generate the N-heterocyclic carbene (NHC) 1,3-dimesitylimidazol-2-ylidene (IMes) under UV-irradiation at 365 nm to characterize IMes and determine the corresponding photochemical mechanism. Then, we describe a protocol to perform ring-opening metathesis polymerization (ROMP) in solution and in miniemulsion using this NHC-photogenerating system. To photogenerate IMes, a system comprising 2-isopropylthioxanthone (ITX) as the sensitizer and 1,3-dimesitylimidazolium tetraphenylborate (IMesH+BPh4-) as the protected form of NHC is employed. IMesH+BPh4- can be obtained in a single step by anion exchange between 1,3-dimesitylimidazolium chloride and sodium tetraphenylborate. A real-time steady-state photolysis setup is described, which hints that the photochemical reaction proceeds in two consecutive steps: 1) ITX triplet is photo-reduced by the borate anion and 2) subsequent proton transfer takes place from the imidazolium cation to produce the expected NHC IMes. Two separate characterization protocols are implemented. Firstly, CS2 is added to the reaction media to evidence the photogeneration of NHC through formation of the IMes-CS2 adduct. Secondly, the amount of NHC released in situ is quantified using acid-base titration. The use of this NHC photo-generating system for the ROMP of norbornene is also discussed. In solution, a photopolymerization experiment is conducted by mixing ITX, IMesH+BPh4-, [RuCl2(p-cymene)]2 and norbornene in CH2Cl2, then irradiating the solution in a UV reactor. In a dispersed medium, a monomer miniemulsion is first formed then irradiated inside an annular reactor to produce a stable poly(norbornene) latex.

We describe a protocol to photogenerate N-heterocyclic carbenes (NHCs) by UV irradiation of a 2-isopropylthioxanthone/imidazolium tetraphenylborate salt system. Methods to characterize the photoreleased NHC and elucidate the photochemical mechanism are proposed. The protocols for ring-opening metathesis photopolymerization in solution and miniemulsion illustrate the potential of this 2-component NHC photogenerating system.

Photogeneration של N-אורגנית Carbenes: יישום Photoinduced פתיחת הטבעת שיכול עיצורים פלמור

We report a method to generate the N-heterocyclic carbene (NHC) 1,3-dimesitylimidazol-2-ylidene (IMes) under UV-irradiation at 365 nm to characterize IMes ...

Preparation and Application of a New Bacterial Biosensor for the Presumptive Detection of Gunshot Residue

MicRoboCop is a biosensor that has been designed for a unique application in forensic chemistry. MicRoboCop is a system made up of three devices that, when used together, can indicate the presence of gunshot residue (GSR) by producing a fluorescence signal in the presence of three key analytes (antimony, lead, and organic components of GSR). The protocol describes the synthesis of the biosensors using Escherichia coli (E. coli), and the analytical chemistry methods used to evaluate the selectivity and sensitivity of the sensors. The functioning of the system is demonstrated by using GSR collected from the inside of a spent cartridge casing. Once prepared, the biosensors can be stored until needed and can be used as a test for these key analytes. A positive response from all three analytes provides a presumptive positive test for GSR, while each individual device has applications for detecting the analytes in other samples (e.g., a detector for lead contamination in drinking water). The main limitation of the system is the time required for a positive signal; future work may involve studying different organisms to optimize the response time.

A protocol is presented using synthetic biology techniques to synthesize a set of bacterial biosensors for the analysis of gunshot residue, and to test the functioning of the devices for their intended use using fluorescence spectroscopy.

הכנה ויישום של ביוסנסור בקטריאלי חדש לאיתור שוערת של שאריות ירי

MicRoboCop is a biosensor that has been designed for a unique application in forensic chemistry. MicRoboCop is a system made up of three devices that, ...

Preparation of Graphene-Supported Microwell Liquid Cells for In Situ Transmission Electron Microscopy

The fabrication and preparation of graphene-supported microwell liquid cells (GSMLCs) for in situ electron microscopy is presented in a stepwise protocol. The versatility of the GSMLCs is demonstrated in the context of a study about etching and growth dynamics of gold nanostructures from a HAuCl4 precursor solution. GSMLCs combine the advantages of conventional silicon- and graphene-based liquid cells by offering reproducible well depths together with facile cell manufacturing and handling of the specimen under investigation. The GSMLCs are fabricated on a single silicon substrate which drastically reduces the complexity of the manufacturing process compared to two-wafer-based liquid cell designs. Here, no bonding or alignment process steps are required. Furthermore, the enclosed liquid volume can be tailored to the respective experimental requirements by simply adjusting the thickness of a silicon nitride layer. This enables a significant reduction of window bulging in the electron microscope vacuum. Finally, a state-of-the-art quantitative evaluation of single particle tracking and dendrite formation in liquid cell experiments using only open source software is presented.

Preparation of Graphene-Supported Microwell Liquid Cells for In Situ Transmission Electron Microscopy

A protocol for preparation of graphene-supported microwell liquid cells for in situ electron microscopy of gold nanocrystals from HAuCl4 precursor solution is presented. Furthermore, an analysis routine is presented to quantify observed etching and growth dynamics.

הכנת התאים הנוזליים של הגרפן לתאי הנוזלי עבור הילוכים באתרו מיקרוסקופ אלקטרוני

The fabrication and preparation of graphene-supported microwell liquid cells (GSMLCs) for in situ electron microscopy is presented in a stepwise protocol. ...