医用电纺聚酯纤维 孙苒 学习翻译
使用同步加速器红外显微光谱法在电纺聚酯纤维上生长的大鼠胚胎干细胞的生化分析
孙苒 学习翻译2019-03-25
Ernesto Doncel-Pérez加里埃利斯克里斯托夫桑特Peter S. Shuttleworth阿加莎巴斯蒂达朱莉娅RevueltaEduardoGarcía-JuncedaAlfonsoFernández-Mayoralas莱昂西奥加里多
研究亮点：
使用同步加速器红外显微光谱法在电纺聚酯纤维上生长的大鼠胚胎干细胞的生化分析
成果简介
神经前体细胞分化：免疫染色
图1a-i
在特定时间在P（HB- co -HHx）底物上的神经前体细胞的差异巢蛋白和GFAP表达。这些图显示了巢蛋白（红色）和GFAP（绿色）抗体的免疫染色结果和细胞核（蓝色）的DNA荧光图像。在涂有PLL /层粘连蛋白（f）的纤维中48小时观察到最高数量的GFAP +细胞，并且在48小时时层粘连蛋白涂覆的纤维（i）中观察到最低数量的GFAP +细胞。比例尺 =100μm
FTIR显微光谱
图2
在培养24小时后获得的对应于涂有聚-L-赖氨酸和层粘连蛋白的P（HB- co -HHx）纤维上的NPC的明视野显微图像（约1.4mm×1.2mm）的马赛克
图3
所有印记数据集和不同培养时间后细胞的ZnS IR窗口的平均红外光谱（3700-850 cm -1）
在光谱数据的初始统计分析中，培养时间是考虑的唯一实验变量，并且观察到光谱明确划分为三组。在图4一，播种上的三个类型的衬底的后的NPC 3，24，和48个小时的平均二阶导数光谱。可以看出，与分别在2922和2852cm -1处的主要脂质亚甲基部分的不对称和对称拉伸模式相关的条带的强度最初增加但随后减小，使得它们在48小时时显着下降。对于1741 cm -1处的脂质酯羰基带和1468 cm处的脂质亚甲基变形模式，也观察到相对强度的相同变化模式。-1（图4 b）中。
图4a-b
3小时NPC的平均二阶导数光谱（P（HB- co -HHx）/ PLL / L; P（HB- co -HHx）/ L和ZnS IR窗口/ L），24小时（P-（HB-）co -HHx）/ PLL / L; P（HB- co -HHx）/ L和ZnS IR窗口/ L）和48小时（P（HB- co -HHx）/ PLL / L和P（HB- co） -HHx）/ L）接种后，示出了光谱之间的差异一脂质区域（3050-2800厘米-1）和b酰胺I-II的区域（1800至1400年厘米-1）
统计分析
图5
对于三种类型底物上神经祖细胞的光谱，PCA 1与PC-2评分（上图）和PC-1上样（下图）的PCA图。数据分析中包括的光谱区域为3050-2800 cm -1（左下）和1800-1400 cm -1（右下）
在基于基质类型分组的细胞的二阶导数光谱上进行的PCA产生改善的生物化学谱的聚类作为培养时间的函数，特别是对于底物P（HB- co -HHx）/ PLL / L和ZnS / L （参见ESM中的图S5a和c）。然而，P（HB- 共 -HHx）/ L的支架表现出更宽的重叠（见图S5在ESM b）中。通过分析光谱区域（组合的脂质和酰胺I-II带），不可能在每个培养时间区分底物类型和包衣。如前所述，由于所有底物在给定的培养时间显示出相似的脂质谱，因此只考虑1800和1400 cm -1之间的光谱区域的分析表演了。图6显示了在研究的三种类型的底物上培养3,24 和48小时NPC的酰胺I-II光谱区域的选定2D PCA评分图：P（HB- co -HHx）/ PLL / L（ PC-1与PC-4），P（HB- co -HHx）/ L（PC-2与PC-3）和IR窗口/ L（PC-2与PC-5）。虽然这些组之间的显着重叠是明显的，特别是在3小时时，根据基质/涂层的类型存在明显的分离倾向。图6中的加载图表明，这些结果主要是由于前面提到的NPC剖面带的变化：与β-转角相关的酰胺I带（~1690 cm -1），α-螺旋（~1660 cm）-1）和β-折叠（1638-1622厘米-1）蛋白质，以及1512 cm -1处的酰胺II带，与β转角密切相关[ 43 ]。
图6a-c
在从NPC的PCA得分和负荷为光谱的曲线图一 3小时，b 24个小时，和Ç 48小时接种的三个类型的衬底[P（HB-的后共 -HHx）/ PLL / L（蓝色正方形）， P（HB- co -HHx）/ L（黄色圆圈）和ZnS / L（绿色三角形）]。分析中包括的光谱区域为1800-1400cm -1
小结
神经祖细胞在涂有层粘连蛋白或poly- L的静电纺丝P（HB- co -HHx）纤维基质上培养赖氨酸/层粘连蛋白。在细胞接种后的不同时间，固定样品并使用改进的触摸压印细胞学方法将纤维上的细胞材料部分转移到IR窗口上。该策略被证明是非常有效的并且使得能够用SIRMS测定在涂覆的聚合物纤维上产生的NPC的生物化学特征。观察到脂质和酰胺I-II区域中的条带强度受基质类型和包衣以及培养时间的影响。这些结果证明了SIRMS研究可以为NPC对生物材料（在这种情况下对聚合物支架的形态和表面化学）的反应提供的重要见解。
参考文献：
1。Schwab JM，Brechtel K，Mueller CA，Failli V，Kaps HP，Tuli SK，et al。促进脊髓再生的实验策略 - 综合视角。Prog Neurobiol。2006; 78：91-116。谷歌学术
2。Singh A，Tetreault L，Kalsi-Ryan S，Nouri A，Fehlings MG。全球脊髓损伤的患病率和发病率。Clin Epidem。2014; 6：309-31。谷歌学术
3。Lee BB，Cripps RA，Fitzharris M，Wing PC。创伤性脊髓损伤流行病学的全球地图：更新2011年，全球发病率。脊髓。2014; 52：110-6。谷歌学术
4。NSCISC。脊髓损伤：事实和数字一目了然。美国亚利桑那州伯明翰：国家脊髓损伤统计中心;
5。惠誉MT，银J.中枢神经系统损伤胶质疤痕和炎症：抑制细胞外基质和再生失败。Exp Neurol。2008; 209：294-301。
6。Gurgo RD，Bedi KS，Nurcombe V.中枢神经系统再生的当前概念。J Clin Neurosci。2002; 9：613-7。
7。Sensharma P，Madhumathi G，Jayant RD，Jaiswal AK。用于神经组织工程的生物材料和细胞：当前的选择。Mat Sci Eng C. 2017; 77：1302-15。
8。Hiroshi N，Tator CH，Shoichet MS。用于脊髓修复的生物工程策略。J Neurotrauma。2006; 23：496-507。
9。Madigan NN，McMahon S，O'Brien T，Yaszemski MJ，Windebank AJ。目前的组织工程和使用聚合物支架治疗脊髓损伤后轴突再生的新方法。Resp Physiol Neurobiol。2009; 169：183-99。
10。Prestwich GD，Erickson IE，Zarembinski I，West M，Tew WP。翻译的必要性：使细胞疗法简单有效。Acta Biomater。2012; 8：4200-7。
11。Li W，Li K，Wei W，Ding S.干细胞生物学和治疗学的化学方法。细胞干细胞。2013; 13：270-83。
12。Pham QP，Sharmu U，Mikos AG。用于组织工程应用的聚合物纳米纤维的静电纺丝：综述。组织工程。2006; 12：1197-211。
13。Liu W，Thomopoulos S，Xia Y.用于再生医学的静电纺丝纳米纤维。Adv Healthcare Mater。2012; 1：10-25。
14。Jiang T，Carbone EJ，Lo KW-H，Laurencin CT。用于组织再生的聚合物纳米纤维的静电纺丝。Prog Polym Sci。2015; 46：1-24。
15。Doshi J，Reneker DH。静电纺丝工艺及电纺纤维的应用。J Electrost。1995; 35：151-60。
16。Tamayol A，Akbaril M，Annabi N，Paul A，Khademhosseini A，Juncker D.纤维组织工程：进步，挑战和机遇。Biotechnol Adv。2013; 31：669-87。
17。Novikova LN，Pettersson J，Brohlin M，Wiberg M，Novikov LN。可生物降解的聚-β-羟基丁酸酯支架接种施万细胞以促进脊髓修复。生物材料。2008; 29：1198-206。
18。徐XY，李XT，彭SW，肖JF，刘C，方庚，等。神经干细胞在聚羟基链烷酸酯纳米纤维支架上的行为。生物材料。2010; 31：3967-75。
19。Leipzig ND，Shoichet MS。基质硬度对成人神经干细胞行为的影响。生物材料。2009; 30：6867-78。
20。曹H，刘婷，Chew SY。纳米纤维支架在神经组织工程中的应用。Adv Drug Deliv Rev. 2009; 61：1055-64。
21。Wang HB，Mullins ME，Cregg JM，McCarthy CW，Gilbert RJ。改变对齐的电纺纤维的直径改变神经突向外生长和施万细胞迁移。Acta Biomater。2010; 6：2970-8。
22。Nasse MJ，Walsh MJ，Mattson EC，Reininger R，Kajdacsy-Balla A，Macias V，et al。具有多个同步加速器光束的高分辨率傅里叶变换红外化学成像。纳特方法。2011; 8：413-8。
23。Tobin MJ，Puskar L，Hasan J，Webb HK，Hirschmugl CJ，Nasse MJ，et al。利用红外显微光谱和红外成像技术在两个同步辐射光束线上进行超疏水蝉翼表面化学的高空间分辨率制图。J Synchrotron Rad。2013; 20：482-9。
24。Wehbe K，Forfar I，Eimer S，Cinque G.基于血管红外光谱成像鉴别两种不同等级的人脑胶质瘤。Anal Bioanal Chem。2015; 407：7295-305。
25。Deegan AJ，Cinque G，Wehbe K，Konduru S，Yang Y.使用同步加速器微FTIR和SEM跟踪组织工程骨中的钙化。Anal Bioanal Chem。2015; 407：1097-105。26。Sandt C，Nadaradjane C，Richards R，Dumas P，SéeV。使用红外显微光谱法来阐明与胶质母细胞瘤中发现的缺氧水平相关的特定化学特征。分析师。2016; 141：870-3。
27。Krafft C，Salzer R，Seitz S，Ern C，Schieker M.通过FTIR显微成像探测个体人间充质干细胞的分化。分析师。2007; 132：647-53。
28。Ami D，Neri T，Natalello A，Mereghetti P，Doglia SM，Zanoni M，et al。通过FT-IR光谱研究胚胎干细胞分化。Biochim Biophys Acta。2008年，1783：98-106。
29。Cao J，Ng ES，McNaughton D，Stanley EG，Elefanty AG，Tobin MJ，et al。使用傅里叶变换红外显微光谱法表征多能干细胞和多能干细胞。Int J Mol Sci。2013; 14：17453-76。
30。Sandt C，Frederick J，Dumas P.使用同步辐射红外显微光谱仪分析多能干细胞和细胞器。J Biophotonics。2013; 6：60-72。
31。Tanthanuch W，Thumanu K，Lorthongpanich C，Parnpai R，Heraud P.通过FTIR光谱研究小鼠胚胎干细胞的神经分化。J Mol Struct。2010; 967：189-95。
32。Bellisola G，Bolomini Vittori M，Cinque G，Dumas P，Fiorini Z，Laudanna C，et al。正常人白细胞和BCR / ABL阳性白血病细胞中红外光谱的无监督探索性数据分析。分析师。2015; 140：4407-22。
33。Whelan DR，Bambery KR，Heraud P，Tobin MJ，Diem M，McNaughton D，et al。使用傅里叶变换红外光谱监测真核细胞中DNA的可逆B到A样转变。Nucl Acids Res。2011; 39：5439-48。
34。Yousef I，BréardJ，SidAhmed-Adrar N，Maâmer-Azzabi A，Marchal C，Dumas P，Le Naour F. CDCP1诱导的结肠癌细胞效应的红外光谱特征。分析师。2011; 136：5162-8。
35。Gianoncelli A，Vaccari L，Kourousias G，Cassese D，Bedolla DE，Kenig S，et al。用同步辐射FTIR显微镜研究固定细胞的软X射线显微镜辐射损伤。Sci Rep.2015; 5：10250。
36。Doncel-Perez E，Caballero-Chacon S，Nieto-Sampedro M.通过嗅鞘细胞条件培养基促进的神经球细胞向aldynoglia的分化。神经胶质。2009年; 57：1393-409。
37。Das K，Kendall C，Isabelle M，Fowler C，Christie-Brown J，Stone N.触摸压印细胞学的FTIR：一种新颖的组织诊断技术。J Photoch Photobio B. 2008; 92：160-4。
38。Wehbe K，Filik J，Frogley MD，Cinque G.光学底物对单个哺乳动物细胞的微FTIR分析的影响。Anal Bioanal Chem。2013; 405：1311至1324年。
39。Lendahl U，Zimmerman LB，McKay RDG。CNS干细胞表达一类新的中间丝蛋白。细胞。1990; 60：585-95。
40。Patterson B，Havrila GJ。使用大半径锗内反射元件和线性阵列检测器的衰减全内反射红外显微成像成像。Appl Spectrosc。2006; 60：1256年至1266年。41。Beattie DA，Beaussart A，Mierczynska-Vasilev A，Harmer SL，Thierry B，Puskar L，et al。Langmuir-Blodgett单层和聚电解质多层在固 - 固界面处的同步加速器FTIR显微镜检查。朗缪尔。2012; 28：1683-8。
42。Barth A.蛋白质的红外光谱。Biochim Biophys Acta。2007; 1767：1073-101
43。Murphy BM，D'Antonio J，Manning MC，Al-Azzam W.使用酰胺II红外波段蛋白质进行二级结构测定和高级结构的可比性。Curr Pharm Biotechnol。2014; 15：880-9。