عملية صب المستندة إلى الغزل الرطب من الجيلاتين لتجديد الأنسجة
Summary
البلدان المتقدمة النمو، ووصف بروتوكول يستند إلى مفهوم الغزل الرطب، لبناء أساس الجيلاتين الحيوية المستخدمة لتطبيق هندسة الأنسجة.
Abstract
تقدم هذه المقالة طريقة غير مكلفة لاختلاق الجيلاتين، بوليمر طبيعي، إلى شعيرات الألياف أو غيرها من الأشكال المناسبة. من خلال أسلوب الغزل الرطب، ألياف الجيلاتين تنتجها البثق السلس في متوسط تخثر مناسب. لزيادة سطح الوظيفية لهذه الألياف الجيلاتين وقدرتها على تقليد سمات الأنسجة، يمكن مصبوب الجيلاتين إلى شكل أنبوب بالإشارة إلى هذا المفهوم. درست بالاختبارات في المختبر والمجراه في، تثبت الأنابيب الجيلاتين بإمكانات كبيرة للتطبيق في هندسة الأنسجة. بوصفها مادة فجوة شغل مناسب، الجيلاتين أنابيب يمكن استخدامها لتحل محل الأنسجة في المنطقة المتضررة (على سبيل المثال، في نظام الجهاز العصبي أو القلب والأوعية الدموية)، فضلا عن تعزيز التجدد بتوفير بديل مباشر للخلايا الجذعية والدوائر العصبية. يوفر هذا البروتوكول إجراء مفصل لإنشاء مادة بيولوجية استناداً إلى بوليمر طبيعي، وتنفيذه ومن المتوقع أن تستفيد إلى حد كبير تطوير البوليمرات الطبيعية المترابطة، التي تساعد على تحقيق استراتيجيات تجديد الأنسجة.
Introduction
أحدث تطور في تجديد الأنسجة تنطوي على تطبيق هندسة الأنسجة، مما يمثل تحديا لتحسين استراتيجيات علاجية جديدة في العلاج الطبي. على سبيل المثال، إمكانات محدودة للتجدد العصبي أو التالي الإصابة أو المرض، يشكل مشكلة صحية كبيرة في جميع أنحاء العالم. نظراً لتعقد العمليات الفيزيولوجية المرضية المرتبطة بالجهاز العصبي، استخدام أوتوجرافت التقليدية أو تنفيذ عملية جراحية الاستقرار قد ثبت أن تقدم فوائد في النتائج الفنية، ولكن لا دليل قوي على آثار تثبيت العمود الفقري جراحة1،2. فقدان الأنسجة في المنطقة المتضررة واستبداله ب astrocytes المستحث هايبرتروفيكالي3، في نهاية المطاف تشكيل ندبة الدبقية كثيفة4،5. هذه المصفوفة يعمل كحاجز أن كتل انتعاش العصب تعمل6،7 وهو، يعوق وبالتالي، إلى حد كبير التجدد. ولذلك، من المتوقع مادة مناسبة ملء فجوة الحيلولة دون فقدان الأنسجة وتقليل تشكيل النسيج الضام ندبة المرتبطة بالحفاظ على سلامة المنطقة المتضررة، فضلا عن توفير بديل مباشر للخلايا العصبية و دارات كهربائية لتعزيز التجديد إكسون.
وكانت المواد البوليمرية الحيوية المفضل السقالات لتجديد الأنسجة والعلاج، استناداً إلى اللائحة من الخلية أو إكسون السلوك والأنسجة التقدم من خلال الدعم المصفوفة خارج الخلية الطبيعية (ECM). ويعتبر شكل الألياف عادة كلبنة لمختلف المواد، نظراً لهيكل أحادي الأبعاد8. يمكن عموما الحصول على الألياف التي تذوب النتوء أو الرطب الغزل الأسلوب؛ ومع ذلك، بحجم كبير وتكلفة المعدات وصعوبة القيام بهذه الأساليب تشكل تحديا. وباﻹضافة إلى ذلك، ركزت غالبية الأعمال المتصلة بالألياف البوليمرية على المواد الاصطناعية أو مركب. البوليميرات الطبيعية كمصدر لمادة بيولوجية توفر أفضل خصائص توافق مع الحياة لجسم الإنسان. ومع ذلك، للحصول على محاذاة ألياف البوليمر الطبيعي نسبيا أكثر صعوبة من المصادر الاصطناعية البوليمر9. ومن ثم تحويل البوليمر الطبيعي كمصدر غنى للبروتين إلى ألياف مادة بيولوجية استراتيجية هامة – ليس فقط ألياف مادة بيولوجية يمكن مباشرة المعزولة من المواد الخام، وبالتالي تجنب تحول غير ضرورية إلى مونومرات، ولكن كما تحتوي ألياف البروتين على مظهر جيد وخصائص مواتية10.
وفي هذا الصدد، نحن تصف أسلوب معالجة غير مكلفة لتصنيع ألياف البوليمرات الطبيعية من خلال المفهوم الأساسي للغزل الرطب، التي يمكن أن تنفذ على نطاق المختبر لهندسة الأنسجة. الغزل الرطب يؤديها البثق والتخثر حل البوليمر في نونسولفينت بوليمر مناسبة. حلاً مناسباً، لزج يخدر في المتوسط تخثر الدم يسبب جزيئات البوليمر حل. من خلال مرحلة الانتقال، خيوط ثم تفقد تلك القابلية للذوبان والتي عجلت في شكل البوليمر الصلب المرحلة11. الإشارة إلى هذا المفهوم، نحن ثم توسيع تطوير الجيلاتين في شكل أنبوب بعملية صب، التي تعتبر مناسبة لطلب تجديد الأنسجة. وباﻹضافة إلى ذلك، جوهريا، يمكننا أيضا وضع أي شكل من المواد من ألياف الجيلاتين (مثل قناة الجيلاتين طوى من عدة ألياف الجيلاتين)، المطلوب لأخرى تطبيقات.
الجيلاتين، بوليمر طبيعية القابلة للتحلل، يتكون من الكولاجين التشويه والتحريف وتحلل، بما في ذلك أي دولة سيميكريستاليني أو غير متبلور أو ثلاثية حلزونية من الكولاجين12. ومن المعروف جيدا أن الكولاجين هو البروتين الهيكلية الأساسية في جميع الأنسجة الضامة من الفقاريات واللافقاريات13،14، ومماثل لهيكل بروتين ECM الرئيسي الذي يدفع نمو الأعصاب، في نفس الوقت، يستبدل كمية كبيرة من جليكوسامينوجليكان ويفرز خلال إصابات النخاع الشوكي. ولذلك، سيكون استخدام الجيلاتين كمصدر خيار كبير لأي من المركبات الطبية. إضافة إلى كونه مصدرا غير مكلفة، الجيلاتين أيضا قابلة للتحلل وسيتوكومباتيبلي وثبت سريرياً لتكون مؤقتة عيب حشو15. وضعت في شكل أنبوب، تبين الاختبارات في المختبر والمجراه في وصف هنا أن الجيلاتين يحتوي على توافق مع الحياة ممتازة وملاءمة للمستقبل الأنسجة التطبيقات الهندسية. مثقف مع الخلايا الجذعية البشرية الدهنية، أنابيب الجيلاتين تحسين تمايز الخلية إلى الخلايا العصبية السلف باستخدام التلوين نيستين إيجابية كعلامة خلية العصبية. وعلاوة على ذلك، الجيلاتين كملء الفجوة المادية، كما أنتجت وبالطريقة المحددة في هذه الدراسة، من المتوقع أن تكون معقولة وآمنة، وتستفيد إلى حد كبير مهندسي الأنسجة الذي تعمل حاليا على وضع الارتباطية البوليميرات الطبيعية لتعزيز النسيج استراتيجيات التجديد.
Protocol
Representative Results
Discussion
قدمنا التنمية المستندة إلى الجيلاتين الحيوية باستخدام رطب بسيطة الغزل التقنية التي يمكن تطبيقها في دراسة البوليمرات الطبيعية لتجديد الأنسجة. هذا العمل أظهر إمكانية تصنيع الجيلاتين كمصدر لبروتين كبيرة دون إضافة مصادر أخرى، بهدف تحسين خصائص الجيلاتين نفسه. تطوير الحيوية على أساس الجيلات…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذه الدراسة بوزارة “الدفاع الوطني” (ماب-105-070؛ ماب-106-077؛ ماب-107-032؛ MAB-107-065)، وزارة العلوم والتكنولوجيا (معظم 107-2320-B016-016)، ثلاثي-خدمة المستشفى العام، الوطني الدفاع عن مركز طبي، تايوان (تسغ-C106-046؛ تسغ-C106-115؛ TSGH-C107-041)، والمستشفى العام تشنغ هسين والتعاون المركز الطبي الدفاع الوطني (CH-ندمك-107-8).
Materials
| Solution preparation: | |||
| Gelatin type B (porcine) | Ferak | Art. -Nr. 10733 | 500 g vial |
| Wet spinning process: | |||
| Peristaltic pump | Gilson | Model M312 | Minipuls*3 |
| Plastic tube connector | World Precision Instruments | 14011 | 1 box |
| Syringe | Sterican | 5A06258541 | 26Gx1/2"(0.45 x 12mm) |
| Acetone | Ferak | Art. -Nr. 00010 | 2.5 L vial |
| Polycaprolactone CAPA 6500 | Perstorp | 24980-41-4 | – |
| Dichloromethane | Scharlau | CL03421000 | 1 L vial |
| Glass Pasteur pipette | Fisher Scientific | 13-678-20A | – |
| Hemostat | Shinetec instruments | ST-B021 | – |
| Peripheral venous catheter (Introcan Certo) | B. Braun | 1B03258241 | 24Gx3/4"(0.7 x 19mm) |
| Morphology of the gelatin tube: | |||
| Ion sputter coater machine | Hitachi | e1010 | – |
| Scanning electron microscopy | Hitachi | S-3000N | – |
| Cultivation of cells on the gelatin tube: | |||
| Trypsin-EDTA | Gibco | 488625 | 100 mL vial |
| Fetal bovine serum | Gibco | 923119 | 500 mL vial |
| Dulbecco's modified Eagle's medium | Gibco | 31600-034 | Powder |
| Keratinocyte-SFM medium | Gibco | 10744-019 | 500 mL vial |
| T25 culture flask | TPP | 90025 | VENT type |
| 6-well plate | Falcon | 1209938 | – |
| Immunocytochemistry: | |||
| Phospate-buffered saline | Gibco | 654471 | 500 mL vial |
| Acetic acid glacial | Ferak | Art. -Nr. 00697 | 500 mL vial |
| NP-40 surfactant (Tergitol solution) | Sigma | 056K0151 | 500 mL vial |
| Normal goat serum | Vector Laboratories | S-1000-20 | 20 mL vial, concentrate |
| Nestin (primary antibody) | Santa Cruz Biotechnology | SC-23927 | – |
| Donkey anti-mouse-fluorescein isothiocyanate (secondary antibody) | Santa Cruz Biotechnology | SC-2099 | – |
| Hoechst 33342 | Anaspec | AS-83218 | 5 mL vial |
| In vivo biocompatibility test: | |||
| Tiletamine+zolazepam | Virbac | BC91 | 5 mL vial |
| Xylazine | Bayer korea | KR03227 | 10 mL vial |
| Ketoprofen | Astar | 1406232 | 2 mL vial |
| Povidone-iodine solution | Everstar | HA161202 | 4 L barrel |
| Cefazolin | China Chemical & Pharmaceutical | 18P909 | 1 g vial |
| Scalpel blade | Shinetec instruments | ST-B021 | – |
| Surgical scissor | Shinetec instruments | ST-B021 | – |
Referenzen
- Bagnall, A. M., Jones, L., Duffy, S., Riemsima, R. P. Spinal fixation surgery for acute traumatic spinal cord injury. Cochrane Database of Systematic Reviews. 1, 004725 (2008).
- Fehlings, M. G., Perrin, R. G. The role and timing of early decompression for cervical spinal cord injury: update with a review of recent clinical evidence. Injury. 36, 13-26 (2005).
- Yang, L., Jones, N. R., Stoodley, M. A., Blumbergs, P. C., Brown, C. J. Excitotoxic model of post-traumatic syringomyelia in the rat. Spine. 26, 1842-1849 (2001).
- Rolls, A., et al. Two faces of chondroitin sulfate proteoglycan in spinal cord repair: a role in microglia/macrophage activation. PLoS Medicine. 5, 1262-1277 (2008).
- Properzi, F., Asher, R. A., Fawcett, J. W. Chondroitin sulphate proteoglycans in the central nervous system: changes and synthesis after injury. Biochemical Society Transactions. 31, 335-336 (2003).
- Fawcett, J. W., Asher, R. A. The glial scar and central nervous system repair. Brain Research Bulletin. 49, 377-391 (1999).
- Yang, Z., Mo, L., Duan, H., Li, X. Effects of chitosan/collagen substrates on the behavior of rat neural stem cells. Science China Life Sciences. 53, 215-222 (2010).
- Chawla, K. K. . Fibrous Materials. , (1998).
- Pickering, K. L., Aruan Efendy, M. G. A review of recent developments in natural fibre composites and their mechanical performance. Composites Part A-Applied Science and Manufacturing. 83, 98-112 (2016).
- Lundgren, H. P. Synthetic fibers made from proteins. Advances in Protein Chemistry. 5, 305-351 (1954).
- Radishevskii, M. B., Serkov, A. T. Coagulation mechanism in wet spinning of fibres. Fibre Chemistry. 37, 266-271 (2005).
- Yannas, I. V. Collagen and gelatin in the solid state. Journal of Macromolecular Science Part C Polymer Reviews. 7, 49-106 (1972).
- Baer, E., Cassidy, J. J., Hiltner, A. Hierarchical structure of collagen composite Systems: lessons from biology. Pure and Applied Chemistry. 6, 961-973 (2009).
- Harrington, W. F., Von Hippel, P. H. The structure of collagen and gelatin. Advances in Protein Chemistry. 16, 1-138 (1961).
- Veis, A. . The Macromolecular Chemistry of Gelatin. , (1994).
- Freyman, T. M., Yannas, I. V., Gibson, L. J. Cellular materials as porous scaffolds for tissue engineering. Progress in Materials Science. 46, 273-282 (2001).
- Michalczyk, K., Ziman, M. Nestin structure and predicted function in cellular cytoskeletal organization. Histology and Histopathology. 20, 665-671 (2005).
