PDMS Sylgard 527ベースの自由に懸濁した血管基底膜の機械的特性を示す紫外線膜

過去には、在来の基底膜の厚さや弾力性など、生理学的に関連する機械的特性を示す超甲状腺膜を発達させるために、かなりの努力が払われてきました。しかし、これらの製造された膜のほとんどは、網膜および上皮膜膜にのみ関連する比較的高い弾性弾性〜MPa-GPAを持っています。それどころか、比較的低い弾性弾性率を示す血管基底膜、〜kpaはめったに模倣されることはありません。測定値が〜kpaの範囲で、マイクロスケールの厚さがめったに報告されていないため、高いコンプライアンスを実証する膜は、in vitroで血管基底膜を模倣するのに理想的です。これに対処するために、血管の生物学的対応物によって示される機械的特徴を実証する超甲状腺膜を製造します。製造された極薄膜の顕著な特徴には、自由懸濁液、生理学的に関連する厚さ〜頭骨極、比較的低いモジュラス〜kpa、および十分に大きな培養面積〜20 mm2が含まれます。このような超甲状腺膜を製造するために、従来の希釈ポリマー溶媒混合アプローチとは対照的に、希釈されていないPDMS Sylgard 527が利用されました。さらに、基礎となる基質から膜を放出するための犠牲層を持つ必要性も、私たちのアプローチで排除されました。私たちの作品の斬新さは、過去の希釈ポリマーを使用して、サブマイクロメーターに厚さを持つ膜とキロパスカルの関連する弾力性を持つ膜の明確な組み合わせを達成することにあります。平均厚さ972 nm（厚）および570 nm（薄）の極薄膜は、それぞれ45 kPaと214 kPaの弾性率を持っていると推定されました。接触角の測定により、無視膜は、皮肉な状態で脂肪恐怖症の特性を示し、自由に吊り下げられたときに親水性の挙動に変換されました。ヒト臍静脈内皮細胞をポリマーの超甲状腺膜上で培養し、膜の局所的コンプライアンスの変化に対する時間細胞の反応を研究しました。24時間後、3〜4個の細胞の単一細胞、ペア、およびグループが、平均厚さ972 nmと45 kPaの弾性率を持つ非常に準拠した厚い膜で認められました。それどころか、細胞単層はコントロールとして機能するガラススライドに注目されました。平均厚さ570 nmと214 kPaの弾性率を特徴とする薄膜の場合、細胞は単層形成の開始と同様の反応と同様の反応を示す傾向があります。我々の結果は、局所的なコンプライアンスは、膜の厚さが細胞の挙動を支配することを示しており、これは疾患の開始と進行、創傷治癒、および癌細胞転移の間に重要な意味を持つ可能性があります。

In the past, significant effort has been made to develop ultrathin membranes exhibiting physiologically relevant mechanical properties, such as thickness and elasticity of native basement membranes. However, most of these fabricated membranes have a relatively high elastic modulus, ∼MPa-GPa, relevant only to retinal and epithelial basement membranes. Vascular basement membranes exhibiting relatively low elastic modulus, ∼kPa, on the contrary, have seldom been mimicked. Membranes demonstrating high compliance, with moduli ranging in ∼kPa along with sub-microscale thicknesses have rarely been reported, and would be ideal to mimic vascular basement membranes in vitro. To address this, we fabricate ultrathin membranes demonstrating the mechanistic features exhibited by their vascular biological counterparts. Salient features of the fabricated ultrathin membranes include free suspension, physiologically relevant thickness ∼sub-micrometers, relatively low modulus ∼kPa, and sufficiently large culture area ∼20 mm2. To fabricate such ultrathin membranes, undiluted PDMS Sylgard 527 was utilized as opposed to the conventional diluted polymer-solvent mixture approach. In addition, the necessity to have a sacrificial layer for releasing membranes from the underlying substrates was also eliminated in our approach. The novelty of our work lies in achieving the distinct combination of membranes having thickness in sub-micrometers and the associated elasticity in kilopascal using undiluted polymer, which past approaches with dilution have not been able to accomplish. The ultrathin membranes with average thickness of 972 nm (thick) and 570 nm (thin) were estimated to have an elastic modulus of 45 and 214 kPa, respectively. Contact angle measurements revealed the ultrathin membranes exhibited hybrophobic characteristics in unpeeled state and transformed to hydrophilic behavior when freely suspended. Human umbilical vein endothelial cells were cultured on the polymeric ultrathin membranes, and the temporal cell response to change in local compliance of the membranes was studied by evaluating the cell spread area, density, percentage area coverage, and spread rate. After 24 h, single cells, pairs, and group of three to four cells were noticed on highly compliant thick membranes, having average thickness of 972 nm and modulus of 45 kPa. On the contrary, the cell monolayer was noted on the glass slide acting as a control. For the thin membranes featuring average thickness of 570 nm and modulus of 214 kPa, the cells tend to exhibit response similar to that on control with initiation of monolayer formation. Our results indicate, the local compliance, in turn, the membrane thickness governs the cell behavior and this can have vital implications during disease initiation and progression, wound healing, and cancer cell metastasis.