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機械的な力と幾何学的制約は、細胞機能と組織の発達を決定する上で重要な役割を果たします。新しい実験方法は、細胞応答の基礎となる生物学的メカニズムを探るために不可欠です。長期の環状引張株（CTS）を適用しながら、粘着性マイクロパターン基質上の細胞を培養するための多用途の方法を提示します。ポリジメチシロキサン（PDMS）カビは、マイクロコンタクト印刷を使用してフィブロネクチンによって共有結合された細胞反発性NCO-SP（EO-STAT-PO）ヒドロゲルでコーティングされています。これにより、2次元の高度に選択的な細胞接着マイクロパターンが生じます。基質により、非特異的接着なしに細胞培養条件下で4日以上接着細胞にCTを適用できます。私たちのシステムの適用性は、ひずみ方向に対して異なる方向のフィブロネクチン系統に播種されたC2C12骨格筋芽細胞の適応反応を研究することにより実証されます。CTS（7％の振幅、0.5 Hzの頻度）を適用した後、アクチン繊維組織はCTSによって支配的に制御されていることがわかります。核の形状は、主に粘着系の制約によって影響を受け、有意な伸長をもたらします。形態学的には、筋管形成は4日間の培養後に不完全でしたが、アクチン連鎖は、最大せん断ひずみの方向であるCTSにさらされた45度のラインパターンでのみ観察されました。
機械的な力と幾何学的制約は、細胞機能と組織の発達を決定する上で重要な役割を果たします。新しい実験方法は、細胞応答の基礎となる生物学的メカニズムを探るために不可欠です。長期の環状引張株（CTS）を適用しながら、粘着性マイクロパターン基質上の細胞を培養するための多用途の方法を提示します。ポリジメチシロキサン（PDMS）カビは、マイクロコンタクト印刷を使用してフィブロネクチンによって共有結合された細胞反発性NCO-SP（EO-STAT-PO）ヒドロゲルでコーティングされています。これにより、2次元の高度に選択的な細胞接着マイクロパターンが生じます。基質により、非特異的接着なしに細胞培養条件下で4日以上接着細胞にCTを適用できます。私たちのシステムの適用性は、ひずみ方向に対して異なる方向のフィブロネクチン系統に播種されたC2C12骨格筋芽細胞の適応反応を研究することにより実証されます。CTS（7％の振幅、0.5 Hzの頻度）を適用した後、アクチン繊維組織はCTSによって支配的に制御されていることがわかります。核の形状は、主に粘着系の制約によって影響を受け、有意な伸長をもたらします。形態学的には、筋管形成は4日間の培養後に不完全でしたが、アクチン連鎖は、最大せん断ひずみの方向であるCTSにさらされた45度のラインパターンでのみ観察されました。
Mechanical forces and geometric constraints play critical roles in determining cell functionality and tissue development. Novel experimental methods are essential to explore the underlying biological mechanisms of cell response. We present a versatile method to culture cells on adhesive micro-patterned substrates while applying long-term cyclic tensile strain (CTS). A polydimethysiloxane (PDMS) mold is coated with a cell repulsive NCO-sP(EO-stat-PO) hydrogel which in turn is covalently patterned by fibronectin using micro-contact printing. This results in two-dimensional, highly selective cell-adhesive micro-patterns. The substrates allow application of CTS to adherent cells for more than 4 days under cell culture conditions without unspecific adhesion. The applicability of our system is demonstrated by studying the adaptive response of C2C12 skeletal myoblasts seeded on fibronectin lines with different orientations relative to the strain direction. After application of CTS (amplitude of 7%, frequency of 0.5 Hz) we find that actin fiber organization is dominantly controlled by CTS. Nuclei shape is predominantly affected by the constraint of the adhesive lines, resulting in significant elongation. Morphologically, myotube formation was incomplete after 4 days of culture, but actin striations were observed exclusively on the 45 degrees line patterns subjected to CTS, the direction of maximum shear strain.
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