PIPAAmブラシポリマーブレンドマイクロファイバーの機械的特性の向上と温度制御による細胞分離の改善

Enhanced mechanical properties and cell separation with thermal control of PIPAAm-brushed polymer-blend microfibers.

• Kenichi Nagase
• Risa Shukuwa
• Hironobu Takahashi
• Naoya Takeda
• Teruo Okano

抄録

我々は、機械的特性を向上させ、温度制御された細胞分離を向上させた熱応答性マイクロファイバーを開発した。マイクロファイバー基材は、ポリ（4-ビニルベンジルクロライド）（PVBC）-ポリ（n-ブチルメタクリレート）（PBMA）ブレンド材料を異なる比率で使用して電気紡糸した。ポリマーブレンドマイクロファイバーの直径はPVBCホモファイバーと同程度であったが、Tgの低いPBMAにより、脆くない軟らかさを含む優れた機械的特性を示した。これらのポリマーブレンドマイクロファイバーは、細胞分離の実験的ハンドリングに優れた、薄くて密度の高いマットの調製を可能にしました。ポリ（Ｎ-イソプロピルアクリルアミド）（ＰＩＰＡＡｍ）ブラシは、ポリマーブレンドマイクロファイバー基材中のＰＶＢＣの開始部位から表面開始型原子移動ラジカル重合を介してグラフト化された。その結果，PVBC:PBMAの比率が25:75のマイクロファイバーは，適度な量の開始部位を有し，優れた機械的特性を有していた。また、２５：７５ブレンド基材のＰＶＢＣ：ＰＢＭＡのマイクロファイバーは、濡れ性と細胞分離の両面で温度変調が可能であった。正常なヒト皮膚線維芽細胞（NHDF）、ヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）、およびヒト骨格筋筋筋芽細胞（HSMM）のうち、HUVEC細胞は、37℃で繊維上の接着性が著しく悪いことを示した;彼らは最初のステップで接着したNHDFおよびHSMM細胞から分離された。温度を20℃に下げると、NHDF細胞が著しく剥離し、HSMM細胞からの分離が可能になった。PIPAAmブラシをかけたPVBCホモポリマーマイクロファイバーと比較して、これらの細胞分離機能は、おそらくPBMAの特性とPIPAAmブラシの適度な密度に起因する熱応答性PBMAリッチポリマーブレンドマイクロファイバーで強化されていた。このように、開発したマイクロファイバーは、温度制御された細胞分離システムに有用である可能性がある。

We have developed thermoresponsive microfibers with improved mechanical properties and enhanced temperature modulated-cell separation. Microfiber substrates were electrospun using poly(4-vinylbenzyl chloride) (PVBC)-poly(n-butyl methacrylate) (PBMA) blend materials in different ratios. Although their diameters were similar to those of the PVBC homofibers, polymer-blend microfibers exhibited excellent mechanical properties including non-brittle softness, owing to PBMA with a low Tg. These polymer-blend microfibers enabled the preparation of thin, dense mats that were superior in the experimental handling of cell separation. Poly(N-isopropylacrylamide) (PIPAAm) brushes were grafted via surface-initiated atom transfer radical polymerization from the initiation sites of PVBC in the polymer-blend microfiber substrates. The microfiber in a 25 : 75 ratio of PVBC : PBMA had a reasonable amount of the initiation sites and superior mechanical properties. The PIPAAm-brushed microfibers of the 25 : 75 blend substrate were capable of temperature-modulation, both in terms of wettability and cell separation. Among the normal human dermal fibroblasts (NHDFs), human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), and human skeletal muscle myoblasts (HSMMs), HUVEC cells showed significantly poor adhesion on fibers at 37 °C; they were separated from adhered NHDF and HSMM cells in the initial step. Reducing the temperature to 20 °C remarkably detached NHDF cells, allowing their separation from HSMM cells. Compared with the PIPAAm-brushed PVBC homopolymer microfibers, these cell-separating functions were enhanced in the thermoresponsive PBMA-rich polymer-blend microfibers, probably ascribed to the properties of PBMA and the moderate density of the PIPAAm-brush. Thus, the developed microfibers could be useful for temperature-modulated cell separation systems.