Elastyczne podłoża poliakryloamidowe do badań komórkowych

• Autorzy: Zamora K. , Dziob D. , Nowak J. , Piekarczyk W. , Rajfur Z. , Laska J.

Warianty tytułu

EN

Elastic polyacrylamide substrates for cell studies

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Podłoża do hodowli komórkowej charakteryzują się różnymi właściwościami mechanicznymi, które mogą mieć znaczący wpływ na zachowanie komórek. Szczególnie ciekawy typ podłoży stanowią hydrożele akryloamidowe, zarówno ze względu na łatwość ich syntezy, jak i na fakt, iż poprzez niewielkie zmiany ilości substratów wykorzystywanych w wytwarzaniu tych podłoży, można uzyskać podłoża znacznie różniące się elastycznością. Dodatkową zaletą hydrożeli akryloamidowych jest to, że pomimo znacznych różnic elastyczności, biozgodność i bioaktywność pozostają niezmienione. W niniejszym artykule skupiono się na opisie syntezy podłoży akryloamidowych do hodowli komórkowej, a także na scharakteryzowaniu ich cech mechanicznych i sprawdzeniu wpływu elastyczności podłoży na hodowlę rybich komórek keratynocytowych. Keratynocyty to komórki, których hodowla jest niewymagająca, w porównaniu do innych linii komórkowych, gdyż mogą one być hodowane bez konieczności wykorzystywania drogich pożywek, a także bez konieczności inkubowania w temperaturze 37 stopni Celsjusza. W pracy szczegółowo opisano sposób wytwarzania podłoży akryloamidowych o różnych stopniach elastyczności. Hydrofilowość otrzymanych podłoży sprawdzano metodą goniometryczną poprzez pomiar kąta zwilżania. Istotną częścią eksperymentu było określenie właściwości mechanicznych otrzymanych podłoży poprzez pomiar prędkości rozchodzenia się podłużnej fali ultradźwiękowej. W ten sposób porównano właściwości mechaniczne czterech podłoży różniących się modułem elastyczności. Stwierdzono, iż największe prędkości rozchodzenia się fal dotyczą próbek o najniższym module elastyczności, co świadczy o największym upakowaniu cząsteczek polimeru i pośrednio potwierdza najwyższy stopień usieciowania polimeru. Otrzymane podłoża posłużyły jako matryce do hodowli keratynocytów, których migrację obserwowano pod mikroskopem. Zaobserwowano znaczne różnice w zachowaniu się komórek, szybkości ich migracji oraz przyjmowaniu kształtu wskazującego stresogenne działanie podłoży o niskim module elastyczności rzędu kilku kPa oraz korzystne oddziaływanie podłoży twardych o module elastyczności >30 kPa.

EN

Cell culture substrates show different mechanical properties, that may have significant influence on behavior of cells. Acrylamide hydrogels are particularly interesting substrates, due to both the ease of their synthesis and the fact, that by small changes in the amounts of reactants used in their manufacturing process, one can obtain substrates of significantly different elasticity level. An additional advantage of acrylamide hydrogels is that despite of significant changes in elasticity they exhibit no changes in biological properties. This article is focused on the synthesis of acrylamide substrates for cell culturing, characterization of their mechanical properties, and also on searching the influence of elasticity of the substrates on culture of fish keratinocytes. Keratinocytes are cells, which culture is simplified, compared to other cell lines, since they may be cultured without usually expensive nourishments and the necessity of incubation at 37 degrees of Celsius. The detailed description of the synthesis of acrylamide substrates of different levels of elasticity is given in this paper. Hydrophilicity of the obtained substrates was also investigated by testing the contact angle by goniometric method. An important part of the experiment was determining mechanical properties of the obtained substrates by measuring velocity of propagation of ultrasonic longitudinal wave for substrates of different elasticity modules. In that way comparison of the elasticity of the four different substrates was possible. It has been found, that the largest wave propagation velocity refers to the samples of the lowest elastic modules, what proves the highest degree of cross-linking in these hydrogels. The established substrates were used as matrices for keratinocytes culture, which migration was observed under the microscope. Depending on the substrate significant differences in cell behavior, their migration velocity, and shape changing has been observed. The soft hydrogels with elasticity modulus less than several kPa were stressful for the cells while hard ones with elasticity of >30 kPa were beneficial.

Słowa kluczowe

PL

podłoża poliakryloamidowe; elastyczność; hydrożele; keratynocyty

EN

polyacrylamide substrates; elasticity; hydrogels; keratinocytes

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 17, no. 124
• Strony: 11--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Zamora K.

• Uniwersytet Jagielloński, Instytut Fizyki, ul. Reymonta 4, 30-059 Kraków

autor

Dziob D.

• Uniwersytet Jagielloński, Instytut Fizyki, ul. Reymonta 4, 30-059 Kraków

autor

Nowak J.

• Uniwersytet Jagielloński, Instytut Fizyki, ul. Reymonta 4, 30-059 Kraków

autor

Piekarczyk W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Rajfur Z.

• Uniwersytet Jagielloński, Instytut Fizyki, ul. Reymonta 4, 30-059 Kraków

autor

Laska J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Biomateriałów, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Ross Aftin M., Zhongxiang J., Bastmeyer M., Lahann J.: Physical aspects of cell culture substrates: topography, roughness, and elasticity. Cell Culture Substrates 8 (2012) 336-355.
• [2] Jagur-Grodzinski J.: Polymeric gels and hydrogels for biomedical and pharmaceutical applications. Polymer Advanced Technologies 21 (2010) 27-47.
• [3] Kirschner Chelsea M., Anseth Kristi S.: Hydrogels in healthcare: From static to dynamic material microenvironments. Acta Materialia 61 (2013) 931-944.
• [4] Cichocki T., Litwin J.A., Mirecka J.: Kompendium histologii, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego 2011.
• [5] Kilarski W.: Anatomia ryb. Powszechne Wydawnictwo Rolnicze i Leśne Sp. z.o.o., Poznań, 2012.
• [6] Lee J., IshiharaA. , Theriot J.A.: Principles of locomotion for simple-shaped cells. Nature 362 (1993) 167-171.
• [7] Pelham, R.J. Jr. and Wang, Y.: Cell locomotion and focal adhesions are regulated by substrate flexibility. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94:13661-13665 (1997).
• [8] Khatiwala C.B., Peyton S.R., Putnam, A.J.: Intrinsic mechanical properties of the extracellular matrix affect the behavior of preosteoblastic MC3T3-E1 cells. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 290 (2006) C1640-C1650.
• [9] Flanagan L.A., Ju Y.E., Marg B., Osterfield M., Janmey P.A.: Neurite branching on deformable substrates. Neuroreport 13 (2002) 2411-2415.
• [10] Tse J.R., Engler A.J.: Preparation of Hydrogels Substrates with Tunable Mechanical Properties. Current Protocols in Cell Biology Suppl. 47 (2010) 10.16.1-10.16.16.
• [11] Dziob D., Nowak J., Laska J., Kolodziej T., Cyzio P., Zamora K., Raczkowska J., Rajfur Z.: The influence of substrate elasticity on the migration parameters of fish keratocytes. Submitted to Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects.

Uwagi

PL

Badania zostały zrealizowane w ramach projektu VENTURES/2012-9/3 finansowanego przez Fundację Nauki Polskiej i współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Funduszu Rozwoju Regionalnego. Badania zostały przeprowadzone z wykorzystaniem sprzętu zakupionego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Polskiego Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka (grant nr POIG.02.01.00-12-023/08).