بررسی اثرات زیست‌الهامی یک بستر پلیمری نوآرایی‌شده جدید بر اتصال، مورفولوژی و رشد سلول‌های فیبروبلاست انسانی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 گروه بیوفیزیک، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت‌مدرس، تهران، ایران

2 استاد گروه بیوفیزیک، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه تربیت‌مدرس تهران، ایران

چکیده
بسترهای کشت سلول نقشی کلیدی در حوزه مهندسی بافت و زیست‌مواد دارند. ازاین‌رو ارائه بستری زیست‌سازگار با ویژگی­های فیزیکوشیمیایی مشابه با ماتریس خارج سلولی جهت دستیابی به اتصال، زنده‌مانی، رشد و ریخت‌شناسی مناسب انواع سلول­ها، توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده است. توسعه بسترهایی دارای انواع توپوگرافی سطح که به‌عنوان فاکتور زیست‌الهام در اتصال هدایت‌شده سلول نقش بازی می­کنند، از مهم‌ترین رویکردهای اتخاذ شده در این حوزه به شمار می‌آیند. در تحقیق حاضر، با به‌کارگیری روشی جدید به طراحی، سنتز و مشخصه‌یابی بستری با آرایه‌های هم‌راستای سطحی در ابعاد چند صد نانومتری پرداخته شد. درنهایت نیز رفتار سلول­های فیبروبلاست انسانی لاین HU02 کشت داده شده روی این بستر از نظر اتصال، رشد، زنده‌مانی و ریخت‌شناسی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می­دهند که تیمار پلاسمای 100 و 200 ثانیه‌ای تحت کشش جانبی بستر باعث شکل‌گیری آرایه‌های هم‌راستا با ابعاد 19±305 نانومتر و 141±571 نانومتر بر سطح این بسترها می­شود. با افزایش زمان تیمار پلاسما، طول موج، دامنه ساختار و درجه آب‌دوستی سطح بسترهای موردمطالعه افزایش می‌یابد که منجر به بهبود 17 و 46 درصدی کیفیت اتصال سلول می­شود. همچنین آرایه‌های میکرونی شکل‌گرفته روی سطح بسترها ضمن کمک به افزایش کیفیت اتصال، رشد و زنده‌مانی سلول‌ها با اثر هدایت اتصال باعث جهت­گیری سلول‌ها در راستای طولی آرایه‌ها می­شود. در نتیجه بستر پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان این پژوهش کاملاً زیست‌سازگار بوده و از نظر مشخصه‌های شیمیایی، مکانیکی و فیزیکی قابلیت مطلوبی را برای کاربردهای کشت سلولی نشان می­دهد. همچنین باعث بهبود کیفیت اتصال و هم‌راستا کردن سلول‌های فیبروبلاست انسانی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Bonnans, C., J. Chou, and Z. Werb, Remodelling the extracellular matrix in development and disease. Nat Rev Mol Cell Biol, 2014. 15(12): p. 786-801.
Kim, D.H., et al., Matrix nanotopography as a regulator of cell function. J Cell Biol, 2012. 197(3): p. 351-60.
Higuchi, A., et al., Physical cues of biomaterials guide stem cell differentiation fate. Chem Rev, 2013. 113(5): p. 3297-328.
Wong, S.T., et al., Anisotropic rigidity sensing on grating topography directs human mesenchymal stem cell elongation. Biomech Model Mechanobiol, 2014. 13(1): p. 27-39.
Tamiello, C., et al., Heading in the Right Direction: Understanding Cellular Orientation Responses to Complex Biophysical Environments. Cell Mol Bioeng, 2016. 9: p. 12-37.
Leclech, C. and C. Villard, Cellular and Subcellular Contact Guidance on Microfabricated Substrates. Front Bioeng Biotechnol, 2020. 8: p. 551505.
Buskermolen, A.B.C., et al., Cellular Contact Guidance Emerges from Gap Avoidance. Cell Rep Phys Sci, 2020. 1(5): p. 100055.
Baptista, D., et al., Overlooked? Underestimated? Effects of Substrate Curvature on Cell Behavior. Trends Biotechnol, 2019. 37(8): p. 838-854.
Cheng, D., et al., Studies of 3D directed cell migration enabled by direct laser writing of curved wave topography. Biofabrication, 2019. 11(2): p. 021001.
Khalili, A.A. and M.R. Ahmad, A Review of Cell Adhesion Studies for Biomedical and Biological Applications. Int J Mol Sci, 2015. 16(8): p. 18149-84.
Nguyen, T.D. and Y. Gu, Investigation of Cell-Substrate Adhesion Properties of Living Chondrocyte by Measuring Adhesive Shear Force and Detachment Using AFM and Inverse FEA. Scientific Reports, 2016. 6(1): p. 38059.
Lee, I., et al., Investigation of wound healing process guided by nano-scale topographic patterns integrated within a microfluidic system. PLoS One, 2018. 13(7): p. e0201418.
Saito, A.C., et al., Contact guidance of smooth muscle cells is associated with tension-mediated adhesion maturation. Exp Cell Res, 2014. 327(1): p. 1-11.
Ray, A., et al., Anisotropic forces from spatially constrained focal adhesions mediate contact guidance directed cell migration. Nat Commun, 2017. 8: p. 14923.
Chuah, Y.J., et al., Surface modifications to polydimethylsiloxane substrate for stabilizing prolonged bone marrow stromal cell culture. Colloids Surf B Biointerfaces, 2020. 191: p. 110995.
Ruben, B., et al., Oxygen plasma treatments of polydimethylsiloxane surfaces: effect of the atomic oxygen on capillary flow in the microchannels. Micro & Nano Letters, 2017. 12(10): p. 754-757.
Kim, B., K.P. ET, and I. Papautsky, Long-term stability of plasma oxidized PDMS surfaces. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, 2004. 2004: p. 5013-6.
Nguyen, T.D. and Y. Gu, Investigation of Cell-Substrate Adhesion Properties of Living Chondrocyte by Measuring Adhesive Shear Force and Detachment Using AFM and Inverse FEA. Sci Rep, 2016. 6: p. 38059.
Leclech, C. and A.I. Barakat, Is there a universal mechanism of cell alignment in response to substrate topography? Cytoskeleton (Hoboken), 2021. 78(6): p. 284-292.
Ermis, M., E. Antmen, and V. Hasirci, Micro and Nanofabrication methods to control cell-substrate interactions and cell behavior: A review from the tissue engineering perspective. Bioact Mater, 2018. 3(3): p. 355-369.