Mechanical properties of cellularly responsive hydrogels and their experimental determination

Advanced Materials

Volumn 22, Issue 31, 2010, Pages 3484-3494

  Kloxin, April M ^a   Kloxin, Christopher J ^a   Bowman, Christopher N ^b   Anseth, Kristi S ^b  

^a UCB 450   (United States)

^b UNIVERSITY OF COLORADO   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BULK MATERIALS; CELL FUNCTIONS; CELLULAR ENVIRONMENT; DYNAMIC CHANGES; EXPERIMENTAL DETERMINATION; GEL PROPERTIES; GEL SYSTEMS; IN-CELL; LOCAL MEASUREMENT; LOCAL PROPERTY; MICROENVIRONMENTS; MONOMER STRUCTURES; MULTIPLE TIMESCALES; RECENT PROGRESS; SPACE AND TIME; TUNABLE PARAMETER;

BIOMECHANICS; CELL CULTURE; ETHYLENE; ETHYLENE GLYCOL; GELS; MECHANICAL PROPERTIES; POLYETHYLENE GLYCOLS; POLYETHYLENE OXIDES;

HYDROGELS;

MACROGOL DERIVATIVE;

ARTICLE; CELLULAR, SUBCELLULAR AND MOLECULAR BIOLOGICAL PHENOMENA AND FUNCTIONS; CHEMISTRY; HUMAN; HYDROGEL; MECHANICS; METABOLISM; SYNTHESIS;

CELL PHYSIOLOGICAL PROCESSES; HUMANS; HYDROGELS; MECHANICAL PROCESSES; POLYETHYLENE GLYCOLS;

EID: 77955666383     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.200904179     Document Type: Article

References (117)

1. K. L Schmeichel, M. J. Bissell, J. Cell Sci. 2003, 116, 2377.
2. K. Ghosh, D. E. Ingber, Adv. Drug Deliv. Rev. 2007, 59, 1306.
3. C. Adeloew, T. Segura, J. A. Hubbell, P. Frey, Blomaterials 2008, 29, 314.
4. C. A. Silva, C. Czeisler, K. L. Niece, E. Beniash, D. A. Harrington, J. A. Kessler, S. I. Stupp, Science 2004, 303, 1352.
5. R. M. Capito, H. S. Azevedo, Y. S. Velichko, A. Mata, S. I. Stupp, Science 2008, 379, 1812.
6. S. C. Heilshorn, K. A. DiZio, E. R. Welsh, D. A. Tirrell, Biomaterials 2003, 24, 4245.
7. S. A. Maskarinec, D. A. Tirrell, Curr. Opin. Biotechnol. 2005, 16, 422.
8. B. V. Slaughter, S. S. Khurshid, O. Z. Fisher, A. Khademhosseini, N. A. Peppas, Adv. Mater. 2009, 27, 3307.
9. S. Q. Liu, R. Tay, M. Khan, P. L R. Ee, J. L. Hedrick, Y. Y. Yang, Soft Matter2010, 6, 67.
10. Z. J. Sui, W. J. King, W. L Murphy, Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 1824.
11. S. J. Bryant, C. R. Nuttelman, K. S. Anseth J. Blomater. Sci.-Polym. Ed. 2000, 11, 439.
12. M. S. Hahn, J. S. Miller, J. L West, Adv. Mater. 2006, 18, 2679.
13. S. Lin-Gibson, R. L. Jones, N. R. Washburn, F. Horkay, Macromolecules 2005, 38, 2897.
14. P. J. Flory, J. RehnerJ. Chem. Phys. 1943, 11, 512.
15. N. S. Hwang, S. Varghese, Z. Zhang, J. Elisseeff, Tissue Eng. 2006, 12, 2695.
16. M. P. Lutolf, J. A. Hubbell, Biomacromolecules 2003, 4, 713.
17. A. Metters, J. Hubbell, Biomacromolecules 2005, 6, 290.
18. B. D. Fairbanks, M. P. Schwartz, A. E. Halevi, C. R. Nuttelman, C. N. Bowman, K. S. Anseth, Adv. Mater. 2009, 21, 5005.
19. C. A. DeForest, B. D. Polizzotti, K. S. Anseth, Nat. Mater. 2009, 8, 659.
20. M. P. Lutolf, J. A. Hubbell, Nat. Biotechnol. 2005, 23, 47.
21. G. P. Raeber, M. P. Lutolf, J. A. Hubbell, Biophys. J. 2005, 89, 1374.
22. G. A. Hudalla, T. S. Eng, W. L Murphy, Biomacromolecules 2008, 9, 842.
23. S. H. Lee, J. J. Moon, J. L West, Biomaterials 2008, 29, 2962.
24. C. G. Williams, T. K. Kim, A. Taboas, A. Malik, P. Manson, J. Elisseeff, Tissue Eng. 2003, 9, 679.
25. R. Derda, A. Laromaine, A. Mammoto, S. K. Y. Tang, T. Mammoto, D. E. Ingber, G. M. Whitesides, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 1706, 18463.
26. C. Chung, M. Beecham, R. L. Mauck, J. A. Burdick, Biomaterials 2009, 30, 4287.
27. K. Wolf, P. Friedl, Clin. Exp. Metastasis 2009, 26, 289.
28. C. M. Ghajar, V. Suresh, S. R. Peyton, C. B. Raub, F. L. Meyskens, S. C. George, A. J. Putnam, Mol. Cancer Ther. 2007, 6, 552.
29. M. P. Lutolf, G. P. Raeber, A. H. Zisch, N. Tirelli, J. A. Hubbell, Adv. Mater. 2003, 15, 888.
30. Z. S. Patel, A. G. Mikos J. Blomater. Sci.-Polym. Ed. 2004, 15, 701.
31. G. P. Raeber, M. P. Lutolf, J. A. Hubbell, Ada Blomater. 2007, 3, 615.
32. C. M. Nelson, M. M. VanDuijn, J. L. Inman, D. A. Fletcher, M. J. Bissell, Science 2006, 374, 298.
33. I. M. Chung, N. O. Enemchukwu, S. D. Khaja, N. Murthy, A. Mantalaris, A. J. Garcia, Biomaterials 2008, 29, 2637.
34. B. K. Mann, A. S. Gobin, A. T. Tsai, R. H. Schmedlen, J. L West, Biomaterials 2001, 22, 3045.
35. A. A. Aimetti, A. J. Machen, K. S. Anseth, Biomaterials 2009, 30, 6048.
36. A. A. Aimetti, M. W. Tibbitt, K. S. Anseth, Biomacromolecules 2009, 10, 1484.
37. H. Nagase, G. B. Fields, Biopolymers 1996, 40, 399.
38. M. P. Lutolf, J. L. Lauer-Fields, H. G. Schmoekel, A. T. Metters, F. E. Weber, G. B. Fields, J. A. Hubbell, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2003, 100, 5413.
39. D. E. Ingber, Prog. Biophys. Mol. Biol. 2008, 97, 163.
40. A. J. Engler, S. Sen, H. L. Sweeney, D. E. Discher, Cell 2006, 126, 677.
41. A. J. Engler, H. L Sweeney, D. E. Discher, Biophys. J. 2005, 88, 500A.
42. C. S. Chen, M. Mrksich, S. Huang, G. M. Whitesides, D. E. Ingber, Science 1997, 276, 1425.
43. R. Singhvi, A. Kumar, G. P. Lopez, G. N. Stephanopoulos, D. I. C. Wang, G. M. Whitesides, D. E. Ingber, Science 1994, 264, 696.
44. A. Mammoto, D. E. Ingber, Curr. Opin. Cell Biol. 2009, 27, 864.
45. A. Mammoto, S. Huang, K. Moore, P. Oh, D. E. Ingber, J. Res. Chem. 2004, 279, 26323.
46. S. J. Bryant, K. S. Anseth, D. A. Lee, D. L. Bader, J. Orthop. Res. 2004, 22, 1143.
47. F. Chowdhury, S. Na, D. Li, Y. C. Poh, T. S. Tanaka, F. Wang, N. Wang, Nat. Mater. 2010, 9, 82.
48. M. T. Frey, Y. L Wang, Soft Matter 2009, 5, 1918.
49. B. N. G. Giepmans, S. R. Adams, M. H. Ellisman, R. Y. Tsien, Science 2006, 372, 217.
50. S. B. VanEngelenburg, A. E. Palmer, Curr. Opin. Chem. Biol. 2008, 12, 60.
51. O. Destaing, F. Saltei, P. Jurdic, F. A. Bard, Mol. Biol. Cell 2001, 12, 1621.
52. J. Zhang, R. E. Campbell, A. Y. Ting, R. Y. Tsien, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2002, 3, 906.
53. K. Wolf, Y. I. Wu, Y. Liu, J. Geiger, E. Tam, C. Overall, M. S. Stack, P. Friedl, Nat. Cell Biol. 2007, 9, 893.
54. D. Wirtz, Ann. Rev. Biophys. 2009, 38, 301.
55. E. L. Baker, R. T. Bonnecaze, M. H. Zamao, Biophys. J. 2009, 97, 1013.
56. S. A. Maskarinec, C. Franck, D. A. Tirrell, G. Ravichandran, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009, 106, 22108.
57. C. A. Reinhart-King, M. Dembo, D. A. Hammer, Biophys. J. 2008, 95, 6044.
58. S. Sen, S. KumarJ. Biomech. 2010, 43, 45.
59. S. H. Lee, J. J. Moon, J. S. Miller, J. L. West, Biomaterials 2007, 28, 3163.
60. H. J. Kong, C. J. Kim, N. Huebsch, D. Weitz, D. J. Mooney J, Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4518.
61. L. R. G. Treloar, Trans. Faraday Soc. 1943, 39, 0241.
62. L. R. G. Treloar, Trans. Faraday Soc. 1943, 39, 0036.
63. H. M. James, E. Guth J. Chem. Phys. 1943, 11, 455.
64. F. T. Wall J Chem. Phys. 1942, 10, 485.
65. P. G. de Gennes, Scaling Concepts In Polymer Physics, Cornell University Press, Ithaca, NY 1979.
66. M. Rubinstein, R. H. Colby, Polymer Physics, Oxford University Press, New York 2003.
67. J. D. Ferry, Viscoelastic Properties of Polymers, Wiley, New York 1980.
68. F. Chambon, H.H. Winter, Polym. Bull. 1985, 13, 499.
69. H. H. Winter, F. Chambon J. Rheol. 1986, 30, 367.
70. H. H. Winter, Polym. Eng. Sci. 1987, 27, 1698.
71. R. J. Pelham, Y. L Wang, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1997, 94, 13661.
72. N. Zaari, P. Rajagopalan, S. K. Kim, A. J. Engler, J. Y. Wong, Adv. Mater. 2004, 16, 2133.
73. S. R. Peyton, C. B. Raub,V. P. Keschrumrus, A. J. Putnam, Biomaterials 2006, 27, 4881.
74. C. S. Chen J. Cell Sci. 2008, 121, 3285.
75. J. A. Burdick, A. Khademhosseini, R. Langer, Langmuir 2004, 20, 5153.
76. K. Ghosh, C. K. Thodeti, A. C. Dudley, A. Mammoto, M. Klagsbrun, D. E. Ingber, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 11305.
77. S. Khetan, J. S. Katz, J. A. Burdick, Soft Matter 2009, 5, 1601.
78. P. J. Nowatzki, C. Franck, S. A. Maskarinec, G. Ravichandran, D. A. Tirrell, Macromolecules 2008, 47, 1839.
79. A. M. Kloxin, M. W. Tibbitt, A. M. Kasko, J. F. Fairbairn, K. S. Anseth, Adv. Mater. 2010, 22, 61.
80. J. J. Tomasek, G. Gabbiani, B. Hinz, C. Chaponnier, R. A. Brown, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2002, 3, 349.
81. K. Saha, A. J. Keung, E. F. Irwin, Y. Li, L. Little, D. V. Schaffer, K. E. Healy, Biophys. J. 2008, 95, 4426.
82. J. Y. Wong, A. Velasco, P. Rajagopalan, Q. Pham, Langmuir 2003, 19, 1908.
83. F. Guilak, D. M. Cohen, B. T. Estes, J. M. Gimble, W. Liedtke, C. S. Chen, Cell Stem Cell 2009, 5, 17.
84. M. T. Frey, A. Engler, D. E. Discher, J. Lee, Y. L Wang, in Cell Mechanics, Vol. 83, Elsevier Academic Press Ine, San Diego, CA 2007, 47.
85. J. Domke, M. Radmacher, Langmuir 1998, 14, 3320.
86. A. J. Engler, L Richert, J. Y. Wong, C. Picart, D. E. Discher, Surf. Sci. 2004, 570, 142.
87. M. Wang, R. J. Hill, Soft Matter2008, 4, 1048.
88. S. J. Bryant, K. S. Anseth, in Scaffolding In Tissue Engineering (Eds: P. X. Ma, J. Elisseeff), Marcel Dekker, Inc., New York 2005, 69.
89. K. L. Moffat, W. H. S. Sun, P. E. Pena, N. O. Chahine, S. B. Doty, G. A. Ateshian, C. T. Hung, H. H. Lu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 7947.
90. J. Solon, I. Levental, K. Sengupta, P. C. Georges, P. A. Janmey, Biophys.J. 2007, 93, 4453.
91. R. Kubo, Rep. Prog. Phys. 1966, 29, 255.
92. H. Mori, Prog. Theor. Phys. 1965, 33, 423.
93. J. Perrin, Ann. Chim. Phys. 1909, 78, 1.
94. G. P. Devault, J. A. McLennan, Phys. Rev. 1965, 137, A725.
95. R. Zwanzig, M. Bixon, Phys. Rev. A 1970, 2, 2005.
96. T. G. Mason, D. A. Weitz, Phys. Rev. Lett. 1995, 74, 1250.
97. C. Oelschlaeger, A. Schopferer, F. Scheffold, N. Willenbacher, Langmuir 2009, 25, 716.
98. A. Palmer, T. G. Mason, J. Y. Xu, S. C. Kuo, D. Wirtz, Biophys. J. 1999, 76, 1063.
99. J. Y. Xu, V. Viasnoff, D. Wirtz, Rheol. Ada 1998, 37, 387.
100. J. C. Crocker, D. G. Grier J. Colloid Interface Sci. 1996, 179, 298.
101. M. T. Valentine, Z. E. Perlman, M. L. Gardel, J. H. Shin, P. Matsudaira, T. J. Mitchison, D. A. Weitz, Biophys. J. 2004, 86, 4004.
102. B. S. Chae, E. M. Furst, Langmuir 2005, 27, 3084.
103. A. S. B. Cucheval, R. R. Vincent, Y. Hemar, D. Otter, M. A. K. Williams, Langmuir 2009, 25, 11827.
104. J. C. Crocker, M. T. Valentine, E. R. Weeks, T. Gisler, P. D. Kaplan, A. G. Yodh, D. A. Weitz, Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 888.
105. A. J. Levine, T. C. Lubensky, Phys. Rev. E2002, 65.
106. A. J. Levine, T. C. Lubensky, Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 1774.
107. F. C. Mackintosh, J. Kas, P. A. Janmey, Phys. Rev. Lett. 1995, 15, 4425.
108. M. L. Gardel, M. T. Valentine, J. C. Crocker, A. R. Bausch, D. A. Weitz, Phys. Rev. Lett. 2003, 97, 4.
109. T. Gisler, D. A. Weitz, Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 1606.
110. Y. Tseng, T. P. KoIe, D. Wirtz, Biophys. J. 2002, 83, 3162.
111. K. M. Schultz, A. D. Baldwin, K. L Kiick, E. M. Furst, Macromolecules 2009, 42, 5310.
112. K. M. Schultz, A. D. Baldwin, K. L. Kiick, E. M. Furst, Soft Matter 2009, 5, 740.
113. M. J. Mahoney, K. S. Anseth, Biomaterials 2006, 27, 2265.
114. J. L. Ifkovits, J. A. Burdick, Tissue Eng. 2007, 13, 2369.
115. R. R. Brau, J. M. Ferrer, H. Lee, C. E. Castro, B. K. Tam, P. B. Tarsa, P. Matsudaira, M. C. Boyce, R. D. Kamm, M. J. Lang J. Opt. A-Pure Appl. Opt. 2007, 9, S103.
116. L. Starrs, P. Bartlett, Faraday Discuss. 2003, 123, 323.
117. F. Amblard, B. Yurke, A. Pargellis, S. Leibler, Rev. Sci. Instrum. 1996, 67, 818.