调控基质表面性质控制真核细胞行为是设计智能细胞培养基质的重要思路。这就要求组成细胞培养基质的生物材料在孔隙度和弹性等方面是可调节的,并且可以在温和的条件下降解,以便在培养后释放细胞或细胞聚集物。合成水凝胶所具有的三维多孔结构赋予了其生物相容性、高含水性和与天然组织相似的弹性,并且允许氧和营养物质的有效渗透,所以人们对合成水凝胶做细胞培养基质抱有很大希望。
德国卡尔斯鲁厄理工学院Christof M. Niemeyer教授研究团队,近日报道了一种基于DNA聚合作用,复合二氧化硅颗粒、碳纳米管和DNA的纳米材料。该复合纳米材料具有模块化、可控、可扩展的性质。利用其性质,研究者开发出了具有非线性的机械刚度和粘度特性的细胞培养基质,能够调控细胞的粘附,增殖和迁移。同时,他们利用该复合材料培养胚胎干细胞,维持其多能性,并按需释放出统一大小的干细胞球体。该研究成果以题为“Carbon-nanotube reinforcement of DNA-silica nanocomposites yields programmable and cell-instructive biocoatings”的论文发表在《自然·通讯》上(见文后原文链接)。研究者使用单链DNA (ssDNA)修饰的二氧化硅纳米颗粒SiNP和碳纳米管CNT作为引物,利用环化的ssDNA模板交联颗粒,进行滚圈扩增(RCA),获得SiNP/CNT-DNA纳米复合材料。研究者首先利用以戊二醛为交联剂,将SiNP与氨基烷基化的ssDNA引物(aP1)偶联,得到引物修饰的SiNP-p;再将单壁CNT浸没在含有引物的水溶液中,利用它们之间的π-π堆积相互作用,获得CNT-p;最后,把引物修饰的纳米颗粒与线性ssDNA低聚物杂交,并通过DNA连接酶实现环状闭合,作为RCA的模板,经过dNTPs和Phi29 DNA聚合酶的作用,完成聚合。图1:通过dna修饰纳米粒子的酶解聚合,可以调节SiNP/CNT-DNA复合材料的力学性能。通过控制细胞黏附、增殖、横向和纵向运动,以及通过简化的程序来扩增和释放胚胎干细胞,证明了所得到的复合材料在细胞-基质工程中的实用价值。图2:二、三元SiNP/CNT-DNA纳米复合材料的合成。a,基于RCA的纳米复合材料合成示意图。DNA寡核苷酸引物修饰的SiNP-P和/或CNT-P被酶促环化。酶促引物延伸产生相应的二元(S100/C100)或三元(SCx) DNA纳米复合材料。b-f,材料典型的宏观粘度图片。复合材料的典型SEM图像。g,拉曼图证实C100中存在CNT。【SiNP/CNT-DNA调控细胞粘附、增殖和迁移】为了研究SiNP/CNT-DNA在体外细胞培养中的应用,我们利用MCF7乳腺癌细胞研究材料与细胞的相互作用。研究发现,SiNP/CNT-DNA组成的细胞培养基质能够促进细胞的增殖,并且与对照相比,MCF7细胞表现出更为明显的梭形伸长和扁平形态。活细胞成像显示与对照组的细胞相比,粘附在SiNP/CNT-DNA(SC50)培养基质上的细胞处于激活状态,在扩散、运动性和增殖方面更强。图4:粘附在纳米复合膜上的MCF7eGFP细胞的活力、增殖和迁移。a,制备细胞培养的纳米复合膜的原理图。b,MCF7eGFP细胞粘附在干燥的SC50(洋红色)上后的典型荧光显微镜图像(绿色)。c,MCF7eGFP细胞在SC50中迁移,2 h和12 h后分别检测到SC50中心层的细胞数量。d, e, f,在干燥(d, e)或新鲜(f)纳米复合膜上培养24小时的细胞数量。 细胞数量由CCK-8测定法测定。一般来说,将胚胎干细胞培养在饲养层细胞或者基质胶上,并且补充如白血病抑制因子(LIF) 等添加剂,是保持胚胎干细胞多能性的黄金标准。作者利用不同比例的SiNP/CNT-DNA复合物作为鼠胚胎干细胞的培养基质,探究其对胚胎干细胞的影响。通过显微镜分析和CCK-8分析,复合材料上的mESCs增殖速度快于对照表面上的mESCs,其中SC100、SC50和SC25(SiNP和CNT不同比例)表现最佳。另外,免疫染色表明在复合材料S100上生长的胚胎干细胞类胚体能够保持多能性。图6:mESC的培养与干性的维持。a,对不同基底中上,mESC生长的细胞数量测定。b,mESCs在对照组上生长4天后的代表性荧光图像(上排无LIF,中排有LIF)或在没有LIF(下)的S100上生长4天后的代表性荧光图像。图7:mESC类胚体的释放和分化。a,mESC培养、类胚体的释放和胚层标记物的表达的示意图。b,从S100培养基质中释放的mESC类胚体的明场图像和细胞分化图像。c,内、中、外三个胚层的代表性标记物的免疫荧光图像。
https://doi.org/10.1038/s41467-019-13381-1---纳米纤维素找北方世纪---
---3D打印展来袭!扫码预登记---
来源:高分子科学前沿
声明:凡本平台注明“来源:XXX”的文/图等稿件,本平台转载出于传递更多信息及方便产业探讨之目的,并不意味着本平台赞同其观点或证实其内容的真实性,文章内容仅供参考。如有侵权,请联系我们删除。
我们的微博:高分子科学前沿,欢迎和我们互动。
添加主编为好友(微信号:polymer-xiang,请备注:名字-单位-职称-研究方向),邀请您加入学术圈、企业界、硕博联盟、北美、欧洲、塑料、橡塑弹性体、纤维、涂层黏合剂、油墨、凝胶、生物医用高分子、高分子合成、膜材料、石墨烯、纳米材料、表征技术、车用高分子、发泡、聚酰亚胺等一系列技术交流群。同时可以在菜单中回复“交流群”,获取群目录。
添加 小编 微信(务必备注:名字-单位-职称-研究方向)
邀请您入讨论群
( 微信二维码 扫码添加)
我们的QQ交流群:451749996(务必备注:名字-单位-研究方向)
投稿 荐稿 合作:editor@polysci.cn