پلی استایرن در کشت سلولی

تکامل پلی استایرن به عنوان ماده کشت سلولی

پلی استایرن (PS) کشت سلولی در شرایط آزمایشگاهی را از آغاز تا عصر مدرن به ارمغان آورده و ده‌ ها نفر را در این زمینه تحقیقاتی ترغیب کرده است. این مطالعه توسعه، ساخت و تیمار مواد کشت سلولی را مورد بحث قرار می دهد. با این حال، سطح PS کمتر چسبندگی و رشد سلولی را در محیط آزمایشگاهی تسهیل می کند. برای غلبه بر این مشکل، رسوب سطح مایع، فعال سازی پرانرژی پلاسما و عامل دار کردن نوظهور روش ‌ها شیمی سطح را تغییر می‌ دهند. هدف از این بررسی بیان بسیاری از کاربردهای بالقوه در سطح رشد پلیمری پذیرفته شده است. اگرچه اکثر تحقیقات در شرایط آزمایشگاهی روی سطوح دو بعدی انجام می شود، اهمیت مدل های کشت سه بعدی را نمی توان نادیده گرفت. روش های انتقال PS به سطوح کشت تخصصی سه بعدی نیز بررسی می شود. به ویژه این که از ریخته ‌گری، الکتروریسی، چاپ سه بعدی و رویکردهای میکروحامل برای انتقال PS به سطح کشت سه بعدی استفاده شده است. دامنه کاربرد مواد هرگونه استفاده دیگر را غیرممکن می کند اما در کل، هدف از این مطالعه همچنان نشان دادن تطبیق پذیری و پتانسیل سطوح کشت سلولی است. در اینجا، به بررسی رویکردهای داربستی در حال ظهور و رویکردهای مبتنی بر یافته ها پرداخته می شود که بینش ما را از گام های آتی برای کشف PS به عنوان یک پلت فرم کشت بافت بسط می دهد.

چگونه PS به محیط کشت سلولی در شرایط آزمایشگاهی تبدیل می شود؟

لایه پلی استایرن (PS) برای کشت سلول های چسبنده حیوانی و انسانی به عنوان زیرساخت کمتر از 50 ساله است. PS به دلیل وضوح نوری، سهولت نسبی ساخت و هزینه تولید پایین تا حد زیادی جایگزین شیشه برای کاربردهای محور سلول شده است، در حالی که از شیشه به دلیل ضریب شکست پایین آن برای تصویربرداری استفاده می شود. از طرفی، تولید انبوه از طریق قالب‌ گیری تزریقی به دلیل کم هزینه بودن و حجم بالای کشت جایگزین شیشه شده است که با بسیاری از سویه های سلولی و عوامل متضاد سازگاری دارد. همه این دلایل کشت سلول پلی استایرن دو بعدی (2D) (TCPS) به یک پلت فرم اساسی برای کشت سلولی چسبنده تبدیل شده اند. همان طور که در شکل زیر مشخص شده است، توسعه PS در دهه 1830 با کشف استایرن و اولین مشاهدات مستند از پلیمریزاسیون آغاز شد.

شکل 1:

توسعه پلیمرهای حاوی استایرن با پیشرفت‌ های عمده‌ ای در کنار ظهور پردازش پلاستیک ادامه یافت که در جنگ جهانی دوم افزایش یافت. کاربردهای مدرن چندین ناحیه صنعتی از کشت سلولی گرفته تا لاستیک مصنوعی را به هم متصل می کنند که با توسعه مواد، این ارتباط به طور مداوم ادامه دارد. برنامه های پیشرفته PS خواص ذاتی مواد را به عنوان پلاستیک قالب گیری شده تزریقی یا ترموفرمینگ، برای دستیابی به اهداف مصرف کننده و تحقیقاتی کنترل می کند. با دمای انتقال شیشه ای درجه دوم نزدیک به نقطه جوش آب (95 تا 105 درجه سانتیگراد، با مقداری وابستگی به وزن مولکولی)، شکل پذیری این ماده محدودیت های تولید را به عنوان مواد مرکب و خالص به حداقل می رساند. استفاده از PS در تولید زیستی و تحقیقات سلول به‌ روش های قالب تزریقی، ریخته‌ گری، الکتروریسی و اخیراً پلیمرهای چاپ سه بعدی (3D) را می توان به انگیزه تجاری برای تولید انبوه پلاستیک های کشت شده نسبت داد. با این حال، هموپلیمر ساده فاقد شیمی سطحی مناسب برای تشخیص سلولی است: با توجه به شکل زیر، گروه های فنیل به راحتی نقاط لنگر برای سلول ها را فراهم نمی کنند زیرا به طور معمول در بدن انسان بیان نمی شوند.

شکل 2:

این امر نیاز به اصلاح و توسعه سطوح مبتنی بر PS را با هدف برای تسهیل در لنگر انداختن سلول در آزمایشات با ترکیب عملکرد سطحی بیان می کند که سلول‌ ها به آن متصل شده و رشد می کنند. از طرفی، موضوع اصلی این مطالعه نیز هست. پنج دهه کشت سلولی 2 بعدی در آزمایشگاه رویکردهایی از دانش و درک مکانیسم‌ هایی برای گسترش سلولی به طور کلی ایجاد کرده است. این بررسی بر اصول اولیه پلتفرم های کشت دو بعدی و رویکردهای سه بعدی محققان برای کشت سلولی، مکانیسم‌ های تبدیل سطوح PS برای تسهیل چسبندگی، رشد و گسترش سلولی در شرایط آزمایشگاهی تمرکز دارد. همچنین به بحث در مورد نسل بعدی روش‌ های درمان مایع و پلاسما که برای تغییر سطوح PS با هدف بهبود رشد سلول استفاده می‌ شوند، می پردازیم و اینکه چگونه این روش ها زمینه ادغام بخش‌ های حاوی اکسیژن و نیتروژن را فراهم کرده و در نتیجه، شیمی سطح برای لنگر انداختن و رشد سلول‌ ها ارائه می‌ شود.

PS چندین دهه به‌ عنوان یک ابزار مفید برای کشت سلول مورد بررسی قرار گرفت اما کاربردهای پلیمری آن ممکن است تازه آغاز شده باشند. بستر کشت سلولی اثبات شده نویدبخش استفاده مداوم آن در آینده است اما باید برای چالش های فعلی در قرن بیست و یکم ارتقا یابد. محققان بر روی سطوح اکسید شده اولیه تکیه کرده اند که این امکان ایجاد سطوح تخصصی برای انتخاب جمعیت های سلولی یا فنوتیپ های متمایز را فراهم می کند. همان طور که کشت سلولی بهبود می یابد، بنابراین باید بسترهای مورد استفاده برای رشد سلول ها تقویت شده و جمعیت های منحصر به فردی را هدف قرار دهند. از آنجا که کشت سلولی از بسترهای دو بعدی به سه بعدی تبدیل می شود، بایستی ابتدایی ترین طرح ها از پلت فرم های کشت سلولی توسعه یابند. انبوهی از دانش وجود دارد که می توان با درک علمی بهتر به بررسی چگونگی رشد و تنظیم سلول‌ ها در شرایط آزمایشگاهی پرداخت و اینکه چرا پسماندها برای کشت سلولی جذاب تر هستند. ترجمه اینها برای تحقیقات کاربردی می‌ تواند به عامل‌ دار کردن مواد در پاسخ‌ های خاص کمک کند (به عنوان مثال، تمایز جهت دار سلول های بنیادی). سؤالات تحقیقاتی زیادی برای بررسی این سطوح کشت کلیدی وجود دارد. تنها یک سوال باقی می ماند و آن هم اینکه PS به عنوان یک سطح کشت تا کجا پیشرفت می کند؟ همانطور که کشت بافت به تکامل خود ادامه می دهد، سطوح ما نیز باید تکامل یابند. از آنجا که ترکیبات شیمیایی خاص یا محیط‌ های سه بعدی به بهینه سازی محیط کشت آزمایشگاهی برای تقلید از ریزمحیط سلولی کمک می کنند، تیمار سطوح کشت برای رشد یک نوع سلول معین نشان دهنده رشد سلولی مستقیم است. TCPS ابزاری مقرون به صرفه برای رشد انواع مختلف سلول ها فراهم می کند اما مواد بهتر و به همان اندازه پایدار، همچنان مورد بررسی قرار می‌ گیرند تا رویکرد "یکی برای همه" را در کشت سلولی آزمایشگاهی کنار بگذارند. وضوح نوری و هزینه نسبی PS را به ماده منحصر به فردی برای پیشبرد این تلاش ها در توسعه سطوح کشت تبدیل می کند. وجود حلقه های فنیل فرصت های بسیاری برای تسهیل عملکرد متمرکز بر سلول را فراهم می کند و همچنین، کریستالی بودن مواد اجازه می دهد تا دمای پردازش نسبتاً پایینی داشته باشد. این ترکیب از عملکرد و شکل پذیری مواد برای یک بستر کشت مناسب است و به احتمال زیاد فرصت های زیادی برای پیشبرد کشت سلولی، فراتر از بسترهای مسطح و سنتی 50 ساله به همراه دارد.