ABSTRACT
This paper presents a review of work on the fabrication and use of nanochannels in silicon and polymers for the control of molecular transport. The method of Sacrificial Layer Lithography is reviewed and demonstrated for silicon and polymers. A novel technique for the productions of conical nanopores through a polymer membrane is also reviewed. Nanochannels and nanopores have many potential applications for drug delivery, immunoprotection of cell implants, blocking of globular proteins from biosensor surfaces, and diagnostic devices. All of these applications benefit from the more direct interactions of devices with biomolecules.
El presente trabajo presenta una revisión literaria sobre los métodos de fabricación de nanocanales en silicio y diferentes materiales poliméricos; y su uso en control de transporte molecular. Se describe el método "Sacrificial Layer Lithography" para silicio y polímeros. Adicionalmente, una novedosa técnica para la producción de nanoporos cónicos a través de una membrana polimérica es descrita. Los nanocanales y los nanoporos poseen diversas aplicaciones potenciales en la liberación de drogas, en la inmunoprotección de implantes celulares, el bloqueo de proteínas globulares en la superficie de biosensores, y en dispositivos para diagnóstico. Todas estas aplicaciones se benefician de la interacción directa entre los dispositivos y las biomoléculas.
ABSTRACT
Human bone marrow mesenchymal stem cells (hBMSCs) comprise a cell population capable of self-renewal and multilineage differentiation commonly isolated from bone marrow aspirates of large bones. Their osteogenic potential has been extensively exploited for the biological evaluation of scaffolds or biomaterials with applications in bone tissue engineering. This work aimed to isolate hBMSCs from femoral heads of patients undergoing total hip arthroplasty and to evaluate their osteogenic potential. Briefly, the trabecular bone was extracted and mechanically disaggregated; the released cells were cultured and non-adherent cells were removed after 4 days. The osteogenic potential was evaluated at the fifth passage after 14 and 20 days of induction, comparing cultures with and without osteogenic supplements, via Alizarin red staining and the quantification of the gene expression levels of the osteogenic markers collagen type I, osteonectin and bone sialoprotein through real-time RT-PCR. The obtained hBMSCs presented a stable undifferentiated phenotype after prolonged cell culture, matrix mineralization capabilities and expression of osteoblast phenotype upon osteogenic induction. The three markers were up-regulated in cultures under osteogenic conditions and 2 fold differences in their expression levels were found to be significant for the onset of the differentiation process. The obtained hBMSCs may have applications on the in vitro evaluation of the osteoinductivity of different biomaterials, bioactive molecules or tissue engineering scaffolds.
Las células madre mesenquimatosas de médula ósea humana (abreviadas hBMSCs) constituyen una fuente de células auto-renovables con alto potencial de diferenciación, comúnmente aisladas a partir de los aspirados medulares en huesos largos. Su diferenciación hacia el linaje osteogénico, por ejemplo, ha sido ampliamente utilizada para la evaluación biológica de biomateriales o matrices con aplicaciones en la ingeniería de tejidos óseos. El objetivo de este trabajo consistió en aislar hBMSCs a partir de la cabeza femoral de pacientes sometidos a artroplastia total de cadera, así como evaluar su potencial osteogénico. Brevemente, se extrajo el hueso esponjoso y se disgregó mecánicamente; las células desprendidas se cultivaron y las células no adherentes se eliminaron luego de 4 días. El potencial osteogénico se evaluó en la quinta generación de cultivo, mediante ensayos de diferenciación a 14 y 20 días donde se compararon cultivos con y sin suplementos osteogénicos. La evaluación se realizó mediante tinción con Alizarina Roja y la cuantificación de los niveles de expresión génica de los marcadores osteogénicos colágeno tipo I, osteonectinca y sialoprotiena ósea mediante RT-PCR en tiempo real. Las hBMSCs obtenidas presentaron un fenotipo no-diferenciado estable, así como la capacidad de mineralizar la matriz extracelular y expresar un fenotipo similar al osteoblasto durante la inducción osteogénica. Los tres marcadores evaluados se sobre-expresaron en los cultivos en condiciones osteogénicas, y se encontró que cambios hasta de 2X en sus niveles de expresión son relevantes para el desarrollo del proceso de diferenciación. El modelo de hBMSCS presentado podría ser utilizado para la evaluación in vitro de la osteoinductividad de diferentes biomateriales, moléculas bioactivas o matrices para ingeniería de tejidos.
ABSTRACT
Cell-substrate interactions are relevant for a number of biological and clinical applications e.g. to determine the effectiveness of medical implants. Cells are natural transducers that respond to and sense signals originating in their microenvironment. One important cell signaling mechanism is known as chemo-mechanical transduction. This refers to the use of external mechanical cues to initiate internal biochemical cellular processes and vice versa. One key factor to characterize and understand these interactions is the evaluation of the mechanical forces present at the cell-substrate interface. Recent advances in the micro and nanotechnology fields have allowed the development of new tools for the measurement of cellular and tissue forces. These tools have provided a means to study extremely low cellular and subcellular forces (pN-µN) as well as detailed small-scale tissue mechanics. This paper will review some of the most significant approaches to characterize the mechanical properties of cells and tissues at the micro-scale. Material properties, device fabrication, and design issues will be discussed.
Las interacciones célula-sustrato juegan un papel fundamental en gran número de aplicaciones biológicas y clínicas. Las células son transductores naturales que sensan y responden a señales en su entorno fisiológico. Uno de los mecanismos más importantes empleados en la caracterización de interacciones celulares es la transducción químico-mecánica, la cual se basa en la implementación de señales externas que se aplican a la célula con el fin de inducir diversos procesos bioquímicos al interior de ésta y viceversa. Los avances alcanzados en el campo de la micro y nanotecnología han permitido el desarrollo de nuevas herramientas para medir fuerzas a nivel celular o incluso sub-celular (pN-µN), y dilucidar la mecánica de los tejidos en la escala micrométrica. La presente revisión literaria describe algunos de los micro-dispositivos empleados actualmente para caracterizar las propiedades mecánicas de las células y tejidos en la micro-escala.