이 프로젝트의 재정 지원을위한 - 저자 켄트 주립 대학 (ReMedIKS 켄트 주에서 재생 의학 이니셔티브에 대한 공동 연구 보조금 및 지원) 감사의 말씀을 전합니다.

<ol>
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M., 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=Tailorable+and+programmable+liquid-crystalline+elastomers+using+a+two-stage+thiol-acrylate+reaction.">Tailorable and programmable liquid-crystalline elastomers using a two-stage thiol-acrylate reaction.</a> RSC Adv. 5 (25), 18997-19001 (2015).</li><li>deGennes, P. G., Hebert, M., Kant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+muscles+based+on+nematic+gels.">Artificial muscles based on nematic gels.</a> Macromolecular Symposia. 113, 39-49 (1997).</li><li>Fleischmann, E. -. 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저자가 공개하는 게 없다.

액정 탄성체는 최근 인해 자극에 응답에 생체 세포 골격으로 연구되어왔다. 그들은 세포 골격으로 이상적인 플랫폼으로 입증되었다. 그러나 준비하고 새로운 LCE 발판을 설계 할 때 염두에 두어야 할 중요한 요소는 다공성이다. 침출 고체 (23) 또는 가스의 도입은 항상 균일 한 다공성 또는 완전히 상호 모공 발생하지 않습니다. 식각 할 수있는 금속 템플릿의 사용뿐만 아니라보다 조직적이고 정기적 인 내부 구조를 가질 수있는 기회를 제공뿐만 아니라 기공 크기와 밀도를 선택할 수 있습니다. 이것은 이전에 그래 핀 (22)의 발포체 제조에 사용되는 금속 주형에 직접적으로 관련된다. 금속 템플릿은 일반 다공성 드와 정교하고 복잡한 구조를 만들 가능성의 광대 한 배열을 허용, LCE 가교 전에 모양을 형성 할 수있는 기회를 제공밀접하게 내생 환경을 닮은 서명했다. 거품 LCEs이 방법론을 사용하여 제조 한 전지 재료의 개량 연구 및 더 중요한 있도록 공간적 세포 - 세포 상호 작용, 2 차원 환경에서 불가능 묘기. 2 차원 세포 지지체는 세포가 자유롭게 이웃 세포와 상호 작용하는 것을 허용하지 않습니다. 또한, 세포는 일반적으로 상호 작용을 위해, 더 중요한 것은 성장을위한 공간과, 전체 액세스하지 않고, 단일 층에서 (또는 직접 서로의 상단에) 성장. 잠재적 인 임플란트 또는 살아있는 시스템을 미러링하기 위해 고안 한 장기 실험 플랫폼 등의 구조를 설계 할 때와 같은 신경 세포와 신경 교세포 등의 특정 공간적 상호 작용하는 세포 유형은 매우 중요하다. 여기서 제시된 모듈 형 금속 템플릿을 사용 무용제 LCE 합성, 모노머 (7)의 중앙 노드와 적절한 비율을 선택하여 친수성 / 소수성 균형을 조정하여 세포 부착을 조절하는 데 도움 <sup&gt; 27. 이것은 마트 리겔 층의 첨가를 포함하는 추가 단계를 피하기 위해 세포 시딩 관련이 보통 세포 부착을 촉진 할. 그들이 LC 탄성 중합체의 열 및 기계적 특성에 영향을 미치는으로 양 중앙 노드의 크기뿐만 아니라, 가교제, 최종 LCE에 중요한 역할을한다. LCE 6 저하로 조직의 전체 재생에 맞게 이전에 제시된 또한,이 또한, 생분해 속도의 조정을 가능하게한다. 현재는 가교제, 중앙 코어 및 D의 여분의 종류, L의 -lactide 대한 L의 -lactide 탄성 특성, 세포 부착, 증식과 세포 배향 영향을 주는지 조사에 초점 지속적인 실험을 갖는다. 이 프로토콜의 제한이있다 : (1) 시판 금속 (니켈) 발포체 지주 치수 제한된 범위의 제한된 다양성 (2)LCE 또는 다른 중합체 / 엘라스토머 재료는 화학적으로 (여기서, 50ml을 에칭) 금속 에칭의 조건을 레지스트 셀 정렬은 여기에보고 액정 변성 엘라스토머에 한정되는 것이 나타난다 (3) 실제로해야 요건 (부모가 아닌 LCE 탄성 중합체는 감지 세포 정렬을 보여주지 않았다). 결론적으로, 이전의 SMA LCEs 우리 모듈 합성 절차를 사용하여 제조 될 수있는 것으로 밝혀졌다. 추가 생체 LC 부분은 기계적 특성 및 세포 증식, 특히 셀에 새로운 배향 액정 효과를 탐구 혼입 될 수있다. 이는 기계적 특성, 특히 영률 값이, 세포 부착, 증식, 세포 배열에 중요한 것으로 알려져있다. 여기서 결과의 SMA LCEs의 기공률이 기공 크기를 조절하는 효과적인 방법을 제공하고 LCE을 조정할 금속 템플릿의 사용을 통해 튜닝 될 수 있음을 보여준다모양 (즉, 전체 형태). 니켈 템플릿을 에칭 뒤에 SCB 중합체 혼합물에 니켈 템플릿을 침지하면 새로운 LCE 모폴로지위한 쉬운 방법을 제공한다. 여기에 설명 된 거품 같은 LCEs 세포를 제공한다 (여기서, SH-SY5Y, 신경 세포의 기능을 연구하는 표준 셀 모델) 성장과 상호 작용을위한보다 현실적인, 3D 환경. 여러 세포 유형은 엘라스토머 밀접 내인성 신경 환경을 모방하고보다 정교한 3 차원 조직 배양 실험의 흥미로운 가능성을 제공 전반에 걸쳐 분산 된 다수의 층으로 성장 할 수 있도록 허용. 기본 아키텍처를 모방하는 조정 및 동적 LCEs의 사용은 종 방향 및 임상 적으로 관련된 세포 연구를위한 차세대 전지 모델의 길을 열어.

세포 연구 및 세포 부착 및 증식 1, 2, 3, 4, 5, 목표 조직 재생을위한 응용 프로그램을 위해 설계된 생물학적 생체 합성 재료의 몇 가지 예들이있다. 6,7 주문 이방성 분자와 외부 자극에 응답 할 수있는 액정 엘라스토머 (LCEs)라고도 생체 적합성 재료의 몇 가지 예,가 있었다. LCEs 광학 기능과 액정 분자 (8)의 순서, 9 엘라스토머의 기계적 성질과 탄성 결합 자극에 반응하는 물질이다. LCEs 외부 STIM에 응답하여 형상 변화, 기계적 변형, 탄성 거동 및 광학 특성을 이용할 수울리 (예., 열 스트레스, 빛 등) 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16. 이전 연구는 액정 LCS (가) 세포 (4), (17)의 성장 방향을 감지 할 수 있음을 보여 주었다. LCEs 셀 목재 및 정렬을 포함한 생물학적으로 중요한 의학적 응용에 적합 할 수 있다고 가정하는 것이 가능하다. 우리는 이전에 &quot;스위스 치즈 유형&quot;다공성 형태 6, 18을 갖춘 스 멕틱 생체 적합성, 생분해 성, 주조 성형, 얇은 LCEs 필름의 준비를보고했다. 우리는 또한 세포 성장 (19) &lt;위한 발판으로 구상 형태와 네마 틱 생체 적합성 LCEs 준비SUP&gt; 20. 우리의 작업은 관심 (21)의 조직과 일치하는 재료의 기계적 특성을 조정하기위한되었다. 또한,이 연구는 탄성 중합체 세포의 상호 작용뿐만 아니라 탄성 중합체가 외부 자극을받습니다 세포 반응을 이해에 초점을 맞 춥니 다. 주요 문제는 탄성 중합체 매트릭스를 통해 세포 부착 및 침투를 허용하는 LCEs의 공극률을 조정하는 부분에 더 잘 질량 운송 하였다. 이러한 박막 (6)의 다공성 매트릭스의 대부분을 통해 세포 투과 허용하지만, 모든 세공이 완전히 상호 연결된 기공했다 또는 (균질)보다 일정한 크기를 가졌다. 우리는 구상 형태학와 생체 적합성 네마 틱 LCE 탄성 중합체 보도했다. 이러한 네마 엘라스토머 부착 세포의 증식을 허용하지만, 기공 크기는 10-30 ㎛의 방지, 또는 원거리 단에서 이들의 사용을 제한세포주 (19), (20)의 폭 넓은 다양한 엘라스토머. 쿵푸 등의 알에 의해 이전 작업. 은 &quot;희생&quot;금속 템플릿을 이용하여 그래 핀 발포체의 형성에 관한 얻어진 그라 발포체 선택된 금속 주형 (22)에 의해 지시 매우 일정한 다공성 형태를 한 것으로 나타났다. 이 방법론은 기공과 기공 크기의 전체 제어를 제공합니다. 다른 템플릿의 형성 발포 조제 전에 모양을 동시에, 금속 템플릿의 가단성 및 유연성을 허용한다. 이러한 재료 침출 23 가스 템플릿 (24) 또는 전기 방사 섬유 (25) 등의 다른 기술은, (26)는 다공질 재료의 제조 가능성을 제공하지만, 더 많은 시간이 어떤 경우에는 구멍 크기는 한정되어 걸리고이다 몇 마이크로 미터. 거품-like 3D LCEs 금속 템플릿 높은 셀 부하를 허용하여 제조; 개선 된 증식 속도; 공동 배양; 와, 적어도 마지막하지만, 더 나은 대중 교통 관리 (즉, 영양소, 가스, 폐기물)은 전체 조직 개발 (27)을 보장합니다. 폼 같은 3D LCEs 또한 셀 정렬을 개선하기 위해 표시; 이것은 세포 증식 및 세포 방향을 감지 LC 펜던트 관련된 대부분이다. LCE 내의 LC 잔기의 존재는 LCE 골격 내의 셀 위치에 대하여 셀의 정렬을 향상 보인다. 스트러트 함께 (접합부) (27)에 가입 여기서 명확한 방향은 관찰되지 동안 세포는 LCE의 스트러트 내에서 정렬. 전반적으로, 세포 지지체로서의 LCE 세포 골격 플랫폼 튜닝 엘라스토머 형태와 탄성 구체적 O 순서, 공간적인 배치를 만들 수 (개별) 세포 유형의 정렬을 지시하는이 기회를 제공한다생명체와 유사한 F 세포. 별개로 유지 장기 세포 성장 및 증식을 유도 할 수있는 발판을 제공하는 것을, 또한 셀 LCEs 방향 및 상호 작용을 실시간으로 수정 될 수 동적 실험을 허용한다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="723">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane</td>
			<td style="width:148px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:132px;">L16606</td>
			<td style="width:153px;">Silanizing agent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-bis(4-hydroxy-cyclohexyl)propane</td>
			<td>TCI</td>
			<td><a href="http://www.tcichemicals.com/eshop/en/us/commodity/B0928/">B0928</a></td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-chlorohexanone&#160;</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A18613</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-heptanone&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>W254401</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-propanol&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>278475</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">3-chloroperbenzoic acid, m-CPBA</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>273031</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">4-dimethylaminopyridine</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A13016</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">4&#39;,6-diamidino-2-phenylindole, DAPI&#160;</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>D1306</td>
			<td>Nuclear Stain</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">5-hexynoic acid&#160;</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>B25132-06</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acetic acid</td>
			<td>VWR</td>
			<td>36289</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acetone</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>34850</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Alcohol 200 proof ACS Grade&#160;</td>
			<td>VWR</td>
			<td>71001-866</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Benzene</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>AA33290</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">&#949;-caprolactone&#160;</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A10299-0E</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Chloroform</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BDH1109</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cholesterol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C8503</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Chromium(VI) oxide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>232653</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Copper (I) iodide</td>
			<td>Strem Chemicals</td>
			<td>100211-060</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">D,L-Lactide&#160;</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>L09026</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dichloromethane</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>320269</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Diethyl ether&#160;</td>
			<td>Emd Millipore</td>
			<td>EX0190</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">N,N-Dimethylformamide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>270547</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dulbecco&#8217;s modified Eagle medium, DEME&#160;</td>
			<td>CORNING Cellgo</td>
			<td>10-013</td>
			<td>Cell Media</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ethanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>33361</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Formaldehyde&#160;</td>
			<td>SIGMA Life Science</td>
			<td>F8775</td>
			<td>Fixative</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fetal bovine serum, FBS&#160;</td>
			<td>HyClone</td>
			<td>SH30071.01</td>
			<td>Media Component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Filter paper, Grade 415, qualitative, crepe</td>
			<td>VWR</td>
			<td>28320</td>
			<td>Filtration</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Glycerol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G5516</td>
			<td>Central node (3-arm)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hexamethylene diisocyanate, HDI</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>52649</td>
			<td>Crosslinker</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Iron(III) chloride&#160;</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>12357</td>
			<td>Etching agent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Isopropyl alcohol</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BDH1133</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Methanol</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>L13255</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">N,N&#39;-dicyclohexylcarbodiimide</td>
			<td>Aldrich</td>
			<td>D80002</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">N,N-Dimethylformamide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>270547</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Nickel metal template</td>
			<td>American Elements</td>
			<td>Ni-860</td>
			<td>Foam template</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Neuroblastomas cells (SH-SY5Y)</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-2266</td>
			<td>Cell line</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Penicillin streptomycin&#160;</td>
			<td>Thermo SCIENTIFIC</td>
			<td>15140122</td>
			<td>Antibiotics</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Polyethylene glycol 2000, PEG</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>B22181</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium azide&#160;</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97064-646</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium bicarbonate</td>
			<td>AMRESCO</td>
			<td>865</td>
			<td>Drying salt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium chloride</td>
			<td>BDH</td>
			<td>BDH9286</td>
			<td>Drying salt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium phosphate dibasic heptahydrate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S-374</td>
			<td>Drying salt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium phosphate monobasic monohydrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S9638</td>
			<td>Drying salt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium sulfate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>239313</td>
			<td>Drying salt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tetrahydrofuran</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>41819</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Thiosulfate de sodium</td>
			<td>AMRESCO</td>
			<td>393</td>
			<td>Drying salt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tin(II) 2-ethylhexanoate</td>
			<td>Aldrich</td>
			<td>S3252</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Toluene&#160;</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>22903</td>
			<td>Solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Triethylamine</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>471283</td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Trypsin&#160;</td>
			<td>HyClone</td>
			<td>SH30042.01</td>
			<td>Cell Detachment</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Olympus FV1000</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of biocompatible liquid crystal elastomer foams as cell scaffolds for 3d spatial cell cultures

여기서는 3 차원, 생분해 성, 발포 셀 형상 지지체의 단계별 제조를 제시한다. 이러한 골격은 멕틱-A (SMA) 액정 엘라스토머 (LCEs) 결과, 측쇄 부속기로서 콜레스테롤을 갖춘 단위 성 블록 코 폴리머를 가교 결합하여 제조 하였다. 폼과 같은 골격은, 3 차원 세포 배양 지지체로 적합, 금속 템플릿을 이용하여 제조 상호 연결된 마이크로 채널이 있습니다. 금속 발포체의 종래 다공성 템플릿 필름이지만 질량 수송보다 잘 관리 (즉, 영양소, 가스 폐기물 비교뿐만 아니라 높은 세포 증식을 촉진하는 3 차원 세포 지지체의 엘라스토머 결과의 일반적인 구조의 결합 특성 등). 금속 템플릿의 특성상 거품 형상 (즉, 롤 또는 필름)의 간편한 조작을 가능하게하고 다른 세포 연구 다양한 기공 크기의 골격의 제조를위한 interconnec을 유지하면서템플릿의 테드 다공성 성격. 에칭 공정은 생체 적합성 및 생분해 성 특성을 보존, 엘라스토머의 화학적 성질에 영향을주지 않습니다. 우리는 세포의 성장과 증식을 촉진하면서 이러한 멕틱 LCEs는 광범위한 기간에 재배 할 때, 임상 적으로 복잡한 조직 구조의 연구를 수 있음을 보여준다.

이 보고서는 니켈 템플릿을 사용하는 세포 배양 용 지지체로서 다공성 3 차원 LCE의 제조 방법을 도시한다. 얻어진 3D LCE는 쉽게 세포의 침윤을 허용 복잡한 상호 채널 네트워크뿐만 아니라 더 적합 질량 수송 (27)를 보여줍니다. 그것은 세포가 완전히 상호 연결된 채널 네트워크에 침투 할 수 있고 또한 LCE 내에서 정렬 할 수있는 것을 알 수 있었다. 여기서, 금속 니켈 폼 (니켈 99 %, 밀도 860 g / cm 2) 이전 쿵 등에 의해보고 그라 발포체 제조와 유사한 방식 다음에 선택 하였다. (22). 금속 폼 폴리머는 완전히 덮여 모든 금속 스트럿으로, 주조되었다. 그것은 LCE의 최종 형태를 부여하고 관심있는 조직 환경을 모방하는 데 도움 수있는 금속 폼의 크기와 밀도의 선택은 중요하다. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-p나이 = &quot;1&quot;&gt; 중합체 주물의 제조가 개환 중합 (ROP)를 사용하여 글리세롤 계 세 아암 스타 블록 공중 합체 (SBC)의 가교 결합에 기초한다. 단량체는 ε 카프로 락톤 (나중에 LC 잔기로 치환 될 할로겐 원자를 첨가하는 목적 합성) 변형 ε 카프로 락톤, 및 D, L- 락 티드 (도 2)이다. 최종 생성물은 소수성 3 아암 SBC이다. 펜타 에리트 리톨 및 디 펜타 에리트 리톨과 글리세롤 노드를 대체하여 만든 4, 6 아암과 SBC를 각각 이전 18보고되었다. 보다 친수성 SBC의 경우, 중앙 노드 (프로토콜 정보를 참조) 올리고 에틸렌 옥사이드로 대체 하였다. 그러나, 선형 블록 공중 합체 (27)에 올리고 에틸렌 옥 시드 결과 글리세롤을 대체. 우리는 유네스 등의 알에서 수정 된 합성을 사용했다. 29. 수정 된 버전은 수정 ε-CA의 사용을 허용카보 6 개의 상이한 위치, 알파 및 감마 할로겐기로 prolactone. SBC는이 형성되면, ε 카프로 락톤 변성 블록은 지드 그룹과 할로겐 원자의 치환을 겪고있다. 아 지드 그룹으로 할로겐 기의 변위는 2,100 cm의 출현에 의해 확인된다 - 1 개 대역 감쇠 총 반사율을 사용하여 (ATR) FT-IR (도 3). 아 지드 그룹은 나중에 측 최종 성 블록 공중 합체를 수득 공유 (또한 &quot;클릭 반응&quot;라고도 함) 알킨 지드 Huisgen의 고리 화 반응을 이용하여 스타 블록 공중 합체의 LC 부분 (콜레 스테 hexynoate)를 부착하는 데 사용 쇄 콜레스테롤 펜던트 부 (SBC-Chol을). 트리아 졸 고리의 형성은 2,100 cm의 소실을 확인 - 1 개 대역과 1 H NMR 스펙트럼에서 7.30 ppm으로 관측 중항의 모양 (도 참조3). 우리는 최근 작용 ε -Cl 6 카보에 할로겐 기 중 알파의 배치 효과 (α -Br) 또는 감마 (γ-CL)에보고 하였다. 중앙 노드 개시제 및 극한 가교제 (18) 모두의 역할을하기 때문에 4 아암 및 6- 아암 중앙 코어와 SBC 코 폴리머의 중앙 노드를 대신하여 얻어진 LCEs의 기계적 특성에 영향을 주목해야한다 . SBC-Chol을 준비하고 완전히 특징되면, 금속 템플릿을 이용한 가교 공정은 발포체 제조의 마지막 단계이다. SBC-Chol을가 헥사 메틸렌 디 이소시아네이트 (HDI, 가교제), ε 카프로 락톤 및 Sn을 촬영기 (2)과 혼합 하였다 (촉매 ROP 단계 7.1 참조). 이전에보고 된 바와 같이 비스 카프로 락톤 (BCP) 가교제는, HDI로 대체되었습니다. 발포 금속은 원하는 F로 절단 형상ORM (도 4). 거품 준비, 즉 기본 다공성 (LCEF PP) 및 1 차 / 2 차 다공성 (LCEF의 P의 +의 SP)에 대한 두 가지 경로가 이전에보고되었다. 니켈 템플릿 신속 중합체 혼합물에 침지된다 여기서, P + LCEF SP 또는 &quot;침지&quot;방법이 제시된다. 발포 금속은 완전히 중합체 혼합물에 침지 모든 금속 지주와, 알루미늄 포일 또는 중합체 혼합물을 함유하는 섬광 바이알로 만들어진 용기 내에 배치된다. 초과 폴리머 혼합물 조심스럽게 제거한다. 이 폴리머 피복 니켈 템플릿은 80 ° C의 오븐에서 여전히 용기 내에 밤새 위치된다. 가교 결합은 약 2 시간 동안 촉매의 존재하에 수행된다. 가교 처리 후, 중합체 - 피복 니켈 템플릿은 알루미늄 박 박리 또는 유리 용기를 파괴하여 용기로부터 제거된다. 과량의 중합체를 신중 중합체 피복 니켈 TEMPL에서 면도니켈 템플릿의 가장자리를 노출하는 먹고 포화 용액 50ml을 (도 5)와 컨테이너 내부에 배치. 몇 시간 후, 니켈을 거의 완전히 제거되고, 오직 LCE 발포체 니켈 / 50ml을 용액을 제거하기 위해 탈 이온수 (DI)로 세정한다. LCE 발포체 다시 두 번 이상 포화 용액 50ml을 용기 안에 넣고, 탈 이온수로 세척된다. 에칭 처리가 완료되고, 전체 니켈 템플릿이 완전히 제거 된 후, LCE 폼 중공 스트럿 (도 6)와 상호 접속 채널 네트워크를 도시한다. Figure 여섯 shows internal LCE foam morphology observed 주사함에 전자 현미경 (SEM). LCE 발포 스트럿 중공 및 전체 일반적인 형태는 니켈 폼 템플릿 달려이다. 이전 BCP의 사용은 SOLU에서 그것을 유지하기 위해 여러 단계를 필요능 (즉, 녹), BCP는 용액 몇도만큼 아래로 냉각하자마자 재결정 시작하기 때문에 (SN은 OCT () (2)를 추가하는 140 ℃ 내지 실온으로 단계 7.1 참조). 이 가교 결합 전에 도전 발포 금속 및 중합체의 혼합물을 조작한다. BCP를 사용하는 경우보다 빠른 시간 가교 허용 가교제로서 HDI의 용도. HDI는 실온에서 액체 인 반면 BCP는 140 ℃의 융점, 실온에서 고체이다. 또한, 엘라스토머의 제조를 감소시킨다 (140)로부터 80 ° C로 가교 온도를 감소 우리의 경우와 가교제의 선택은 직접 준비 시간에 영향을 주며. LCE 발포체는 압축 변형 (영화 1)를 사용하여 시험 하였다. LCE 크기의 70 % 감소는 전체 치수에 영향으로 관측되었다. LCE에서 압축 해제되면, 그것은 완전히 원래의 복구HAPE 및 크기. 엘라스토머가 원래의 형상을 회복하지 않은 콜레스테롤 - ε 카프로 락톤 블록없이 동일한 조건 하에서 제조 및 자체로 붕괴로 LCE 재료의 액정 부분의 존재가 중요하다고 생각된다. LCE 폼을 얻었다되면, 그들은 표준 세포 배양 기술을 사용하여 신경 아세포종 (SH-SY5Y)와 시드 할 준비가되어 있었다. LCE 발포체를 70 % 에탄올로 두 번 세척하고 이전 셀 시드를 PBS로 세번 세정 하였다. 세포 파종 2-3 일 이내에 세포 차원 LCE 네트워크의 벽에 부착 관찰되었다. 완전히 LCE 네트워크 내에서 세포 부착 및 확장을 연구하기 위해, 셀은 30 일 (그림 7) 이후에 수정되었습니다. 세포는 DAPI로 염색, 고정 및 공 초점 현미경을 사용하여 몇 군데 있었다. 세포는 증식 부착, 광범위하게 3 차원 LCE 발판 네트워크를 충당하기 위해 확대 한 것으로 나타났다. 더욱이더 상세한 분석은 대부분의 경우에 3 차원 지지체 LCE 네트워크의 굴곡 부분에 의해 영향을받지 않았다 세포핵 신율 계시. 신장 세포는 세포의 배향과 상관 될 가능성이 제시 LCE의 멕틱-A 위상 특성의 결과 수. 이것은 이전에 십사일 27 일 이후 성장 C2C12 세포에서 관찰되었다. 본 연구에서는 세포 이상 14 일 동안 증식을 계속 보여; 이 혼자 C2C12 세포에 제한되지 않는다. LCE 폼의 사용은 거의 모든 세포 라인에 확장 할 수 있습니다. 3 차원 LCE 거품 같은 골격에 성장하는 세포는 2 차원 인공 지지체에 비해 높은 대량 전송 효율 혜택을 누릴 수 있습니다. 2 차원 인공 지지체에서 세포는 일반적으로 서로의 상단에 레이어에서 성장. 상단 층에 성장하는 세포는 전체 모든 영양소에 대한 액세스, 가스, 폐기물 제거 (대중 교통)을 가지고있는 유일한 사람입니다. 하위 계층 내 세포 영양분을 액세스 할 수없는 한 셀 (D)의 더 높은 정도가이 경우 절연이. 3 차원 인공 지지체 내에서 세포는 장기 세포 및 조직 재생 연구를 허용, 영양분, 성장 인자, 및 가스를보다 효율적으로 (2 차원 인공 지지체에 비해)에 액세스 할 수 있습니다. 3 차원 LCE 거품 같은 비계를 사용하여 셀 폐기물 관리 (폐기물의 제거)도 2 차원 인공 지지체보다 더 효과적입니다. LCEs 공극율 (및 / 또는 다른 구조적 특성)은 빠른 대량 수송 이하 다공성 (또는 다른) 행렬 가능 매체와 매트릭스의 중앙 영역에 셀룰러 접속에 비해 증가 된 셀 로딩을 허용한다. 이 LCE 플랫폼은 다른 사람의 사이 근육, 신경, 피부를 포함하여 기본 및 불후의 세포 라인의 많은 종류의 성장뿐만 아니라 다세포 문화 시스템을 지원하기 위해 조정할 수 있습니다. 이 연장 된 기간 동안 다양한 세포 유형 및 시스템을 성장하는 데 사용 할 수 있기 때문에 기본적으로,이 플랫폼의 장점 중 하나입니다. 또한, 기능은 더 가깝게 에뮬레이션 구조체의 셀의 다수의 층을 성장ATES 자연 환경. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/55452/55452fig1.jpg" /> 도 1 : LCE 발포체의 단계별 제조 및 특성을 기술하는 일반 과정. 자세한 내용은 프로토콜 섹션을 참조하십시오. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55452/55452fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/55452/55452fig2.jpg" /> 그림 2 : 3-팔 SBC의 가교 구조. 거품 형상 LCEs 제조하는 니켈 금속 템플릿의 존재 하에서 가교제로서 biscaprolactone 또는 HDI를 사용하여 3 아암 SBC의 가교 방식이 도시되어있다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55452/55452fig2large.jpg" target="_blank">이 figu의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오</a>레. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/55452/55452fig3.jpg" /> 도 3 : 1 H NMR 및 FT-IR이어서 1,2,3- 트리아 졸 형성 (성공 &quot;클릭&quot;반응)의 반응식. 아 지드 그룹으로 할로겐 기의 변위는 2,100 cm의 출현에 의해 확인된다 - (1 개) 사용 대역 감쇠 총 반사 (ATR) FT-IR. 밴드 1은 1 H NMR 스펙트럼에서 7.30 ppm으로 관측 중항 모양, - 트리아 졸 고리의 형성은 2,100 cm-의 소실에 의해 확인할 수있다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55452/55452fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/55452/55452fig4.jpg" /> 그림 4 : 광학 이미지가교 결합 전에 다양한 거품 형상. 도시 된 바와 같이, 발포 금속은 절단 바람직한 형태로 형성된다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55452/55452fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/55452/55452fig5.jpg" /> 도 5 (A) 및 후 (B) 가교 전의 니켈 폼. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55452/55452fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/55452/55452fig6.jpg" /> 도 6 : LCE 거품 형태는 주 사형 전자 현미경 (SEM)을 사용하여 관찰 하였다. SBC 계 (A 및 B) 및 LBC 계 (c LCE에 발포체의 대표적인 SEM 이미지 </금속 주형으로서 니켈을 사용하여 강한 860&gt; 및 D) 엘라스토머 나타낸다. 화살표는 속이 빈 스트럿을 나타냅니다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55452/55452fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/55452/55452fig7.jpg" /> 도 7 : 삼십일 파종 후 엘라스토머 발포체에 부착 된 SH-SY5Y 세포의 DAPI 염색 된 핵을 표시하는 공 초점 현미경. 2D 이미지의 Z Y 방향으로 적층하고, 단면에서 상기 XZ 이미지 - 및 YZ -planes 작성 하였다. 이미지가 표시하는 SH-SY5Y 셀 (밝은 지점)에 부착하고, 계 엘라스토머 발포체의 빈 채널의 벽 내에서 확장. 세포는 공간적 다중 층으로 확장하고 XZ에 도시 된 바와 같이 (구조물을 100 μm의 위로 확장 - 및 YZ -plane 화상 간 초TIONS). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55452/55452fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="영화 1" src="/files/ftp_upload/55452/55452movie1.jpg" /> 영화 1 : LCE 롤의 변형 및 복구의 비디오 이미지. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55452/Figure5_Movie.mov" target="_blank">이 동영상을 보려면 여기를 클릭하십시오. 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Synthesis of Biocompatible Liquid Crystal Elastomer Foams as Cell Scaffolds for 3D Spatial Cell Cultures

본 연구는 3D, 생체 측쇄 액정 엘라스토머 (LCEs)에 기초한 생분해 성 발포 셀 형상 지지체를 제조하는 방법을 제공한다. 공 초점 현미경 실험은 거품 같은 LCEs가 세포 부착, 증식 및 C2C12s의 근육 모세포의 자연 정렬 할 수 있음을 보여준다.

3D 공간 세포 배양을위한 세포 발판으로 생체 적합성 액정 엘라스토머 거품의 합성

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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비디오: Synthesis of Biocompatible Liquid Crystal Elastomer Foams as Cell Scaffolds for 3D Spatial Cell Cultures

Alginate Microcapsule as a 3D Platform for Propagation and Differentiation of Human Embryonic Stem Cells (hESC) to Different Lineages

Human embryonic stem cells (hESC) are emerging as an attractive alternative source for cell replacement therapy since they can be expanded in culture indefinitely and differentiated to any cell types in the body. Various types of biomaterials have also been used in stem cell cultures to provide a microenvironment mimicking the stem cell niche1-3. The latter is important for promoting cell-to-cell interaction, cell proliferation, and differentiation into specific lineages as well as tissue organization by providing a three-dimensional (3D) environment4 such as encapsulation. The principle of cell encapsulation involves entrapment of living cells within the confines of semi-permeable membranes in 3D cultures2. These membranes allow for the exchange of nutrients, oxygen and stimuli across the membranes, whereas antibodies and immune cells from the host that are larger than the capsule pore size are excluded5. Here, we present an approach to culture and differentiate hESC DA neurons in a 3D microenvironment using alginate microcapsules. We have modified the culture conditions2 to enhance the viability of encapsulated hESC. We have previously shown that the addition of p160-Rho-associated coiled-coil kinase (ROCK) inhibitor, Y-27632 and human fetal fibroblast-conditioned serum replacement medium (hFF-CM) to the 3D platform significantly enhanced the viability of encapsulated hESC in which the cells expressed definitive endoderm marker genes1. We have now used this 3D platform for the propagation of hESC and efficient differentiation to DA neurons. Protein and gene expression analyses after the final stage of DA neuronal differentiation showed an increased expression of tyrosine hydroxylase (TH), a marker for DA neurons, &gt;100 folds after 2 weeks. We hypothesized that our 3D platform using alginate microcapsules may be useful to study the proliferation and directed differentiation of hESC to various lineages. This 3D system also allows the separation of feeder cells from hESC during the process of differentiation and also has potential for immune-isolation during transplantation in the future.

Alginate Microcapsule as a 3D Platform for Propagation and Differentiation of Human Embryonic Stem Cells hESC to Different Lineages

We have optimized a microencapsulation technique as an effective 3D platform for propagation and differentiation of embryonic stem cells to endoderm and dopaminergic (DA) neurons. It also provides an opportunity for immune-isolation of cells from the host during transplantation. This platform can be adapted for other cell types.

다른 Lineages로 인간 배아 줄기 세포 (hESC)의 전파 및 차별 화를위한 3D 플랫폼으로서 알긴산의 Microcapsule

Human embryonic stem cells (hESC) are emerging as an attractive alternative source for cell replacement therapy since they can be expanded in culture ...

연구

생체공학

Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells inside of 3D biomaterial scaffolds provides a way to accurately mimic these microenvironments, providing an advantage over traditional 2D culture methods using polystyrene as well as a method for engineering replacement tissues 2. While 2D tissue culture polystrene has been used for the majority of cell culture experiments, 3D biomaterial scaffolds can more closely replicate the microenvironments found in vivo by enabling more accurate establishment of cell polarity in the environment and possessing biochemical and mechanical properties similar to soft tissue.3 A variety of naturally derived and synthetic biomaterial scaffolds have been investigated as 3D environments for supporting stem cell growth. While synthetic scaffolds can be synthesized to have a greater range of mechanical and chemical properties and often have greater reproducibility, natural biomaterials are often composed of proteins and polysaccharides found in the extracelluar matrix and as a result contain binding sites for cell adhesion and readily support cell culture. Fibrin scaffolds, produced by polymerizing the protein fibrinogen obtained from plasma, have been widely investigated for a variety of tissue engineering applications both in vitro and in vivo 4. Such scaffolds can be modified using a variety of methods to incorporate controlled release systems for delivering therapeutic factors 5. Previous work has shown that such scaffolds can be used to successfully culture embryonic stem cells and this scaffold-based culture system can be used to screen the effects of various growth factors on the differentiation of the stem cells seeded inside 6,7.
 This protocol details the process of polymerizing fibrin scaffolds from fibrinogen solutions using the enzymatic activity of thrombin. The process takes 2 days to complete, including an overnight dialysis step for the fibrinogen solution to remove citrates that inhibit polymerization. These detailed methods rely on fibrinogen concentrations determined to be optimal for embryonic and induced pluripotent stem cell culture. Other groups have further investigated fibrin scaffolds for a wide range of cell types and applications - demonstrating the versatility of this approach 8-12.

This work details the preparation of 3D fibrin scaffolds for culturing and differentiating plutipotent stem cells. Such scaffolds can be used to screen the effects of various biological compounds on stem cell behavior as well as modified to contain drug delivery systems.

3D 섬유소의 준비는 줄기 세포 배양 용도 공사장 공중 발판

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

Self-reporting Scaffolds for 3-Dimensional Cell Culture

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting 3D cellular construct can often be more relevant to studying the molecular events and cell-cell interactions than similar experiments studied in 2D. To create effective 3D cultures with high cell viability throughout the scaffold the culture conditions such as oxygen and pH need to be carefully controlled as gradients in analyte concentration can exist throughout the 3D construct. Here we describe the methods of preparing biocompatible pH responsive sol-gel nanosensors and their incorporation into poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) electrospun scaffolds along with their subsequent preparation for the culture of mammalian cells. The pH responsive scaffolds can be used as tools to determine microenvironmental pH within a 3D cellular construct. Furthermore, we detail the delivery of pH responsive nanosensors to the intracellular environment of mammalian cells whose growth was supported by electrospun PLGA scaffolds. The cytoplasmic location of the pH responsive nanosensors can be utilized to monitor intracellular pH (pHi) during ongoing experimentation.

Biocompatible pH responsive sol-gel nanosensors can be incorporated into poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) electrospun scaffolds. The produced self-reporting scaffolds can be used for in&#160;situ monitoring of microenvironmental conditions whilst culturing cells upon the scaffold. This is beneficial as the 3D cellular construct can be monitored in real-time without disturbing the experiment.

3 차원 세포 배양을위한 자기보고 발판

Culturing cells in 3D on appropriate scaffolds is thought to better mimic the in vivo microenvironment and increase cell-cell interactions. The resulting ...

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness and low bioactivity of metals. In this study, we have developed a new method towards fabricating a new type of bioactive and mechanically reliable porous metal scaffolds-densified porous Ti scaffolds. The method consists of two fabrication processes, 1) the fabrication of porous Ti scaffolds by dynamic freeze casting, and 2) coating and densification of the porous scaffolds. The dynamic freeze casting method to fabricate porous Ti scaffolds allowed the densification of porous scaffolds by minimizing the chemical contamination and structural defects. The densification process is distinctive for three reasons. First, the densification process is simple, because it requires a control of only one parameter (degree of densification). Second, it is effective, as it achieves mechanical enhancement and sustainable release of biomolecules from porous scaffolds. Third, it has broad applications, as it is also applicable to the fabrication of functionally graded porous scaffolds by spatially varied strain during densification.

Bioactive and mechanically reliable metal scaffolds have been fabricated through a method which consists of two processes, dynamic freeze casting for the fabrication of porous Ti, and coating and densification of the Ti scaffolds. The densification process is simple, effective and applicable to the fabrication of functionally graded scaffolds.

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness ...

Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of smart soft devices for biomedical applications. Although a number of magnetically-responsive drug delivery systems have demonstrated efficacies through either in vitro proof of concept studies or in vivo preclinical applications, their use in clinical settings is still limited by their insufficient biocompatibility or biodegradability. Additionally, many of the existing platforms rely on sophisticated techniques for their fabrications. We recently demonstrated the fabrication of biodegradable, gelatin-based thermo-responsive microgel by physically entrapping poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) chains as a minor component within a three-dimensional gelatin network. In this study, we present a facile method to fabricate a biodegradable drug release platform that enables a magneto-thermally triggered drug release. This was achieved by incorporating superparamagnetic iron oxide nanoparticles and thermo-responsive polymers within gelatin-based colloidal microgels, in conjunction with an alternating magnetic field application system.

We present a facile method to fabricate a biodegradable gelatin-based drug release platform that is magneto-thermally responsive. This was achieved by incorporating superparamagnetic iron oxide nanoparticles and poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) within a spherical gelatin micro-network crosslinked by genipin, in conjunction with an alternating magnetic field application system.

제어 약물 릴리스에 대한 자기장 응답 하이브리드 젤라틴 마이크로 겔을 교류

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of ...

Preparation of Monodomain Liquid Crystal Elastomers and Liquid Crystal Elastomer Nanocomposites

LCEs are shape-responsive materials with fully reversible shape change and potential applications in medicine, tissue engineering, artificial muscles, and as soft robots. Here, we demonstrate the preparation of shape-responsive liquid crystal elastomers (LCEs) and LCE nanocomposites along with characterization of their shape-responsiveness, mechanical properties, and microstructure. Two types of LCEs &#8212; polysiloxane-based and epoxy-based &#8212; are synthesized, aligned, and characterized. Polysiloxane-based LCEs are prepared through two crosslinking steps, the second under an applied load, resulting in monodomain LCEs. Polysiloxane LCE nanocomposites are prepared through the addition of conductive carbon black nanoparticles, both throughout the bulk of the LCE and to the LCE surface. Epoxy-based LCEs are prepared through a reversible esterification reaction. Epoxy-based LCEs are aligned through the application of a uniaxial load at elevated (160 &#176;C) temperatures. Aligned LCEs and LCE nanocomposites are characterized with respect to reversible strain, mechanical stiffness, and liquid crystal ordering using a combination of imaging, two-dimensional X-ray diffraction measurements, differential scanning calorimetry, and dynamic mechanical analysis. LCEs and LCE nanocomposites can be stimulated with heat and/or electrical potential to controllably generate strains in cell culture media, and we demonstrate the application of LCEs as shape-responsive substrates for cell culture using a custom-made apparatus.

We demonstrate the preparation of siloxane-based and epoxy-based liquid crystal elastomers (LCEs) and LCE nanocomposites. The LCEs are characterized with respect to reversible strain, liquid crystal ordering, and stiffness. As a potential application, we demonstrate their use as shape-responsive substrates in a custom device for active cell culture.

모노 도메인 액정 탄성체 및 액정 엘라스토머 나노 복합 재료의 제조

LCEs are shape-responsive materials with fully reversible shape change and potential applications in medicine, tissue engineering, artificial muscles, and ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass based substrates, and hydrogel-based tube formation assays. These assays, while informative, do not recapitulate lumen geometry, proper extracellular matrix, and multi-cellular proximity, which play key roles in modulating vascular function. This manuscript describes an injection molding method to generate engineered vessels with diameters on the order of 100 &#181;m. Microvessels are fabricated by seeding endothelial cells in a microfluidic channel embedded within a native type I collagen hydrogel. By incorporating parenchymal cells within the collagen matrix prior to channel formation, specific tissue microenvironments can be modeled and studied. Additional modulations of hydrodynamic properties and media composition allow for control of complex vascular function within the desired microenvironment. This platform allows for the study of perivascular cell recruitment, blood-endothelium interactions, flow response, and tissue-microvascular interactions. Engineered microvessels offer the ability to isolate the influence from individual components of a vascular niche and precisely control its chemical, mechanical, and biological properties to study vascular biology in both health and disease.

This manuscript presents an injection molding method to engineer microvessels that recapitulate physiological properties of endothelium. The microfluidic-based process creates patent 3D vascular networks with tailorable conditions, such as flow, cellular composition, geometry, and biochemical gradients. The fabrication process and examples of potential applications are described.

미세화 및 3D 미세 혈관의 조립

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

Fabrication of Extracellular Matrix-derived Foams and Microcarriers as Tissue-specific Cell Culture and Delivery Platforms

Cell function is mediated by interactions with the extracellular matrix (ECM), which has complex tissue-specific composition and architecture. The focus of this article is on the methods for fabricating ECM-derived porous foams and microcarriers for use as biologically-relevant substrates in advanced 3D in vitro cell culture models or as pro-regenerative scaffolds and cell delivery systems for tissue engineering and regenerative medicine. Using decellularized tissues or purified insoluble collagen as a starting material, the techniques can be applied to synthesize a broad array of tissue-specific bioscaffolds with customizable geometries. The approach involves mechanical processing and mild enzymatic digestion to yield an ECM suspension that is used to fabricate the three-dimensional foams or microcarriers through controlled freezing and lyophilization procedures. These pure ECM-derived scaffolds are highly porous, yet stable without the need for chemical crosslinking agents or other additives that may negatively impact cell function. The scaffold properties can be tuned to some extent by varying factors such as the ECM suspension concentration, mechanical processing methods, or synthesis conditions. In general, the scaffolds are robust and easy to handle, and can be processed as tissues for most standard biological assays, providing a versatile and user-friendly 3D cell culture platform that mimics the native ECM composition. Overall, these straightforward methods for fabricating customized ECM-derived foams and microcarriers may be of interest to both biologists and biomedical engineers as tissue-specific cell-instructive platforms for in vitro and in vivo applications.

The tissue-specific extracellular matrix (ECM) is a key mediator of cell function. This article describes methods for synthesizing pure ECM-derived foams and microcarriers that are stable in culture without the need for chemical crosslinking for applications in advanced 3D in vitro cell culture models or as pro-regenerative bioscaffolds.

조직 특이 적 세포 배양 및 전달 플랫폼과 같은 세포 외 기질 유래 거품과 마이크로 담체의 제조

Cell function is mediated by interactions with the extracellular matrix (ECM), which has complex tissue-specific composition and architecture. The focus ...

A Microcontroller Operated Device for the Generation of Liquid Extracts from Conventional Cigarette Smoke and Electronic Cigarette Aerosol

Electronic cigarettes are the most popular tobacco product among middle and high schoolers and are the most popular alternative tobacco product among adults. High quality, reproducible research on the consequences of electronic cigarette use is essential for understanding emerging public health concerns and crafting evidence based regulatory policy. While a growing number of papers discuss electronic cigarettes, there is little consistency in methods across groups and very little consensus on results. Here, we describe a programmable laboratory device that can be used to create extracts of conventional cigarette smoke and electronic cigarette aerosol. This protocol details instructions for the assembly and operation of said device, and demonstrates the use of the generated extract in two sample applications: an in vitro cell viability assay and gas-chromatography mass-spectrometry. This method provides a tool for making direct comparisons between conventional cigarettes and electronic cigarettes, and is an accessible entry point into electronic cigarette research.

Here, we describe a programmable laboratory device that can be used to create extracts of conventional cigarette smoke and electronic cigarette aerosol. This method provides a useful tool for making direct comparisons between conventional cigarettes and electronic cigarettes, and is an accessible entry point into electronic cigarette research.

전통적인 담배 연기와 전자 담배 연 무질에서 액체 추출의 세대에 대 한 장치를 운영 하는 마이크로컨트롤러

Electronic cigarettes are the most popular tobacco product among middle and high schoolers and are the most popular alternative tobacco product among ...

3D Analysis of Multi-cellular Responses to Chemoattractant Gradients

Various limitations of 2D cell culture systems have sparked interest in 3D cell culture and analysis platforms, which would better mimic the spatial and chemical complexity of living tissues and mimic in vivo tissue functions. Recent advances in microfabrication technologies have facilitated the development of 3D in vitro environments in which cells can be integrated into a well-defined extracellular matrix (ECM) and a defined set of soluble or matrix associated biomolecules. However, technological barriers have limited their widespread use in research laboratories. Here, we describe a method to construct simple devices for 3D culture and experimentation with cells and multicellular organoids in 3D microenvironments with a defined chemoattractant gradient. We illustrate the use of this platform for analysis of the response of epithelial cells and organoids to gradients of growth factors, such as epidermal growth factor (EGF). EGF gradients were stable in the devices for several days leading to directed branch formation in breast organoids. This analysis allowed us to conclude that collective gradient sensing by groups of cells is more sensitive vs. single cells. We also describe the fabrication method, which does not require photolithography facilities nor advanced soft lithography techniques. This method will be helpful to study 3D cellular behaviors in the context of the analysis of development and pathological states, including cancer.

We describe a method to construct devices for 3D culture and experimentation with cells and multicellular organoids. This device allows analysis of cellular responses to soluble signals in 3D microenvironments with defined chemoattractant gradients. Organoids are better than single cells at detection of weak noisy inputs.

화학 유인 그라데이션에 대 한 다중 세포 반응의 3D 분석

Various limitations of 2D cell culture systems have sparked interest in 3D cell culture and analysis platforms, which would better mimic the spatial and ...