Ma trận nanofiber M13 bacteriophage/PLGA hiển thị peptide RGD có tính bám dính tế bào cho sự phát triển của tế bào di động

Biomaterials Research - Tập 18 - Trang 1-7 - 2014
Yong Cheol Shin1, Jong Ho Lee1, Linhua Jin1, Min Jeong Kim1, Jin-Woo Oh2, Tai Wan Kim3, Dong-Wook Han1
1Department of Cogno-Mechatronics Engineering, Pusan National University, Busan, Korea
2Department of Nanomaterials Engineering, College of Nanoscience & Nanotechnology, Pusan National University, Busan, Korea
3Department of Design, College of Arts, Pusan National University, Busan, Korea

Tóm tắt

Các bacteriophage M13 có thể dễ dàng được cấu tạo thành các nanofiber nhờ vào virus vi khuẩn không độc hại với hình dạng giống như nanofiber. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chuẩn bị các ma trận nanofiber hybrid được cấu thành từ poly(lactic-co-glycolic acid, PLGA) và các bacteriophage M13 đã được chỉnh sửa gen để hiện diện peptide RGD trên bề mặt (phage RGD-M13). Đặc điểm hình thái bề mặt và thành phần hóa học của các ma trận nanofiber hybrid đã được xác định bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ Raman tương ứng. Kỹ thuật nhuộm miễn dịch huỳnh quang đã được thực hiện để điều tra sự tồn tại của các bacteriophage M13 trong các nanofiber hybrid RGD-M13/PLGA. Ngoài ra, sự bám dính và sự phát triển của ba loại tế bào sợi khác nhau trên ma trận nanofiber RGD-M13/PLGA đã được đánh giá để khám phá cách mà các tế bào sợi tương tác với các ma trận này. Hình ảnh SEM cho thấy các ma trận hybrid RGD-M13 phage/PLGA có cấu trúc xốp không dệt, tương tự như cấu trúc của các ma trận ngoại bào tự nhiên, có đường kính sợi trung bình khoảng 190 nm. Hình ảnh miễn dịch huỳnh quang và phổ Raman tiết lộ rằng các phage RGD-M13 đã được phân bố đồng nhất trong toàn bộ ma trận. Hơn nữa, sự bám dính và sự phát triển của các tế bào sợi nuôi cấy trên ma trận RGD-M13 phage/PLGA đã được cải thiện đáng kể nhờ vào sự phong phú các moiety RGD trên các ma trận hybrid. Những kết quả này cho thấy rằng ma trận RGD-M13 phage/PLGA có thể được sử dụng hiệu quả như các scaffold giả sinh học cho các ứng dụng kỹ thuật mô.

Từ khóa

#bacteriophage M13 #ma trận nanofiber #PLGA #RGD peptide #tế bào sợi #kỹ thuật mô

Tài liệu tham khảo

Ingber DE, Folkman J: Mechanochemical switching between growth and differentiation during fibroblast growth factor-stimulated angiogenesis in vitro: role of extracellular matrix. J Cell Biol. 1989, 109: 317-330. 10.1083/jcb.109.1.317. Juliano RL, Haskill S: Signal transduction from the extracellular matrix. J Cell Biol. 1993, 120: 577-585. 10.1083/jcb.120.3.577. Meredith JE, Fazeli B, Schwartz MA: The extracellular matrix as a cell survival factor. Mol Biol Cell. 1993, 4: 953-961. 10.1091/mbc.4.9.953. Thery M, Racine V, Pepin A, Piel M, Chen Y, Sibarita JB, Bornens M: The extracellular matrix guides the orientation of the cell division axis. Nat Cell Biol. 2005, 7: 947-953. 10.1038/ncb1307. Mo XM, Xu CY, Kotaki M, Ramakrishna S: Electrospun P(LLA-CL) nanofiber: a biomimetic extracellular matrix for smooth muscle cell and endothelial cell proliferation. Biomaterials. 2004, 25: 1883-1890. 10.1016/j.biomaterials.2003.08.042. Fujihara K, Kotaki M, Ramakrishna S: Guided bone regeneration membrane made of polycaprolactone/calcium carbonate composite nano-fibers. Biomaterials. 2005, 26: 4139-4147. 10.1016/j.biomaterials.2004.09.014. Zhang YZ, Su B, Venugopal J, Ramakrishna S, Lim CT: Biomimetic and bioactive nanofi brous scaffolds from electrospun composite nanofibers. Int J Nanomed. 2007, 2: 623-638. Beletsi A, Leontiadis L, Klepetsanis P, Ithakissios DS, Avgoustakis K: Effect of preparative variables on the properties of poly(dl-lactide-co-glycolide)–methoxypoly(ethyleneglycol) copolymers related to their application in controlled drug delivery. Int J Pharm. 1999, 182: 187-197. 10.1016/S0378-5173(99)00058-7. Ravichandran R, Ng CC, Liao S, Pliszka D, Raghunath M, Ramakrishna S, Chan CK: Biomimetic surface modification of titanium surfaces for early cell capture by advanced electrospinning. Biomed Mater. 2012, 7: 015001-10.1088/1748-6041/7/1/015001. Wei K, Li Y, Lei X, Yang H, Teramoto A, Yao J, Abe K, Ko FK: Emulsion electrospinning of a collagen-like protein/PLGA fibrous scaffold: Empirical modeling and preliminary release assessment of encapsulated protein. Macromol Biosci. 2011, 11: 1526-1536. Chen DW, Hsu YH, Liao JY, Liu SJ, Chen JK, Ueng SW: Sustainable release of vancomycin, gentamicin and lidocaine from novel electrospun sandwich-structured PLGA/collagen nanofibrous membranes. Int J Pharm. 2012, 430: 335-341. 10.1016/j.ijpharm.2012.04.010. Pytela R, Pierschbacher MD, Ginsberg MH, Plow EF, Ruoslahti E: Platelet membrane glycoprotein IIb/IIIa: member of a family of Arg-Gly-Asp-specific adhesion receptors. Science. 1986, 231: 1559-1562. 10.1126/science.2420006. Ruoslahti E, Pierschbacher MD: New perspectives in cell adhesion: RGD and integrins. Science. 1987, 238: 491-497. 10.1126/science.2821619. Staatz WD, Fok KF, Zutter MM, Adams SP, Rodriguez BA, Santoro SA: Identification of a tetrapeptide recognition sequence for the α2β1 integrin in collagen. J Biol Chem. 1991, 266: 7363-7367. Ho MH, Wang DM, Hsieh HJ, Liu HC, Hsien TY, Lai JY, Ho LT: Preparation and characterization of RGD-immobilized chitosan scaffolds. Biomaterials. 2005, 26: 3197-3206. 10.1016/j.biomaterials.2004.08.032. Zhang L, Hum M, Wang M, Li Y, Chen H, Chu C, Jiang H: Evaluation of modifying collagen matrix with RGD peptide through periodate oxidation. J Biomed Mater Res A. 2005, 73A: 468-475. 10.1002/jbm.a.30363. Lee J, Cuddihy MJ, Kotov NA: Three-dimensional cell culture matrices: state of the art. Tissue Eng Part B. 2008, 14: 61-86. 10.1089/teb.2007.0150. Smith GP, Petrenko VA: Phage display. Chem Rev. 1997, 97: 391-410. 10.1021/cr960065d. Dogic Z, Fraden S: Smectic phase in a colloidal suspension of semiflexible virus particles. Phys Rev Lett. 1997, 78: 2417-2420. 10.1103/PhysRevLett.78.2417. Frenkel D, Solomon B: Filamentous phage as vector-mediated antibody delivery to the brain. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002, 99: 5675-5679. 10.1073/pnas.072027199. Yoo SY, Kobayashi M, Lee PP, Lee SW: Early osteogenic differentiation of mouse preosteoblasts induced by collagen-derived DGEA-peptide on nanofibrous phage tissue matrices. Biomacromolecules. 2011, 12: 987-996. 10.1021/bm1013475. Zhu H, Cao B, Zhen Z, Laxmi AA, Li D, Liu S, Mao C: Controlled growth and differentiation of MSCs on grooved films assembled from monodisperse biological nanofibers with genetically tunable surface chemistries. Biomaterials. 2011, 32: 4744-4752. 10.1016/j.biomaterials.2011.03.030. Chung WJ, Oh JW, Kwak K, Lee BY, Meyer J, Wang E, Hexemer A, Lee SW: Biomimetic self-templating supramolecular structures. Nature. 2011, 478: 364-368. 10.1038/nature10513. Wang J, Wang L, Li X, Mao C: Virus activated artificial ECM induces the osteoblastic differentiation of mesenchymal stem cells without osteogenic supplements. Sci Rep. 2013, 3: 1242- Merzlyak A, Indrakanti S, Lee SW: Genetically engineered nanofiber-like viruses for tissue regenerating materials. Nano Lett. 2009, 9: 846-852. 10.1021/nl8036728. Lee SW, Belcher AM: Virus-based fabrication of micro- and nanofibers using electrospinning. Nano Lett. 2004, 4: 387-390. 10.1021/nl034911t. Chen G, Courey AJ: Generation of epitope-tagged proteins by inverse PCR mutagenesis. Biotechniques. 1999, 26: 814-816. Qi D, Scholthof KB: A one-step PCR-based method for rapid and efficient site-directed fragment deletion, insertion, and substitution mutagenesis. J Virol Methods. 2008, 149: 85-90. 10.1016/j.jviromet.2008.01.002. Lee EJ, Lee JH, Shin YC, Hwang DG, Kim JS, Jin OS, Jin L, Hong SW, Han DW: Graphene oxide-decorated PLGA/collagen hybrid fiber sheets for application to tissue engineering scaffolds. Biomater Res. 2014, 18: 18-24. Atabaev TS, Jin OS, Lee JH, Han DW, Vu HHT, Hwang YH, Kim HK: Facile synthesis of bifunctional silica-coated core–shell Y2O3:Eu3+, Co2+ composite particles for biomedical applications. RSC Adv. 2012, 2: 9495-9501. 10.1039/c2ra21332j. Stewart S, Fredericks PM: Surface-enhanced Raman spectroscopy of amino acids adsorbed on an electrochemically prepared silver surface. Spectrochim Acta A. 1999, 55: 1641-1660. 10.1016/S1386-1425(98)00294-7. Apeldoorn AA, Manen HJ, Bezemer JM, Bruijn JD, Blitterswijk CA, Otto C: Raman imaging of PLGA microsphere degradation inside macrophages. J Am Chem Soc. 2004, 126: 13226-13227. 10.1021/ja0459936. Filho PF, Freire PTC, Lima KCV, Filho JM, Melo FEA, Pizani PS: High temperature raman spectra of L-leucine crystals. Braz J Phys. 2008, 38: 131-137. 10.1590/S0103-97332008000100024. Hersel U, Dahmen C, Kessler H: RGD modified polymers: biomaterials for stimulated cell adhesion and beyond. Biomaterials. 2003, 24: 4385-4415. 10.1016/S0142-9612(03)00343-0. Bellis SL: Advantages of RGD peptides for directing cell association with biomaterials. Biomaterials. 2011, 32: 4205-4210. 10.1016/j.biomaterials.2011.02.029. Tsai WB, Chen YR, Liu HL: RGD-conjugated crosslinked chitosan scaffolds for culture and osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. J Taiwan Inst Chem E. 2013, 44: 17- Shin YM, Jo SY, Park JS, Gwon HJ, Jeong SI, Lim YM: Synergistic effect of dual-functionalized fibrous scaffold with BCP and RGD containing peptide for improved osteogenic differentiation. Macromol Biosci. 2014, doi:10.1002/mabi.201400023 Masaeli E, Wieringa PA, Morshed M, Nasr-Esfahani MH, Sadri S, Blitterswijk CA, Moroni L: Peptide functionalized polyhydroxyalkanoate nanofibrous scaffolds enhance Schwann cells activity. Nanomedicine. 2014, doi:10.1016/j.nano.2014.04.008
Thông tin
Thông tin xuất bản

Biomaterials Research

Tập 18

1-7

Thông tin tác giả