Escritura de Electrospinning de andamios Poly(ε-caprolactone) tridimensional con morfologías controlables para aplicaciones de ingeniería de tejidos del derretimiento
Summary
Este protocolo sirve como una guía completa para la fabricación de andamios mediante electrospinning con polímero se funde en un modo de escritura directa. Sistemáticamente el proceso del esquema y definir la configuración de los parámetros apropiados para lograr arquitecturas específicas andamio.
Abstract
Este tutorial se refleja en los principios y directrices para el electrospinning escribiendo con el polímero se funde, una tecnología de fabricación aditiva con gran potencial para aplicaciones biomédicas. La técnica facilita la deposición directa de las fibras de polímero biocompatible para fabricar andamios bien ordenados en el sub-micron al rango de la escala micro. El establecimiento de un establo, viscoelástico, jet de polímero entre una hilera y un colector se consigue utilizando un voltaje aplicado y puede ser escrito directo. Un beneficio significativo de un andamio poroso típico es una alta relación superficie a volumen que proporciona mayor adhesión eficaz sitios para el crecimiento y fijación de la célula. Controlar el proceso de impresión por ajustar los parámetros del sistema permite alta reproducibilidad en la calidad de las matrices de soporte impresos. También proporciona una plataforma de fabricación flexible para los usuarios a adaptar las estructuras morfológicas de los andamios a sus requerimientos específicos. Para ello, presentamos un protocolo para obtener diámetros de fibra diferentes usando melt electrospinning escritura (MAÚLLE) con una enmienda de guiado de los parámetros, incluyendo la velocidad del flujo velocidad, voltaje y colección. Además, demostramos cómo optimizar el chorro, a menudo experimentado desafíos técnicos, explicar técnicas de solución de problemas y mostrar una amplia gama de arquitecturas de andamio para imprimir.
Introduction
La fabricación de estructuras biocompatibles de tridimensionales (3D) para las células es una de las aportaciones claves de biomanufactura añadido al tejido Ingeniería (TE), con el objetivo de restaurar los tejidos mediante la aplicación de biomateriales modificado para requisitos particulares, células, factores bioquímicos, o una combinación de ellos. Por lo tanto, los principales requisitos de andamios para aplicaciones TE incluyen: fabricación de materiales biocompatibles, propiedades morfológicas controlables para la invasión de células específicas y propiedades superficiales optimizadas para mayor interacción de la célula 1.
MEW es una técnica de fabricación de disolventes que combina los principios de la fabricación aditiva (a menudo llamada impresión 3D) y electrospinning para la producción de mallas poliméricas con fibra ultrafina altamente ordenado morfologías2. Es un método de escritura directa y depósitos con precisión las fibras según códigos preprogramados3, conocido como G-Codes. Derretir electrospun construcciones están preparadas utilizando un plano4,5 o un colector de7 mandril6,para fabricar andamios porosos planos y tubulares, respectivamente.
Esta técnica ofrece importantes beneficios a la comunidad de medicina regenerativa (MR) debido a la posibilidad y TE para directamente imprimir polímeros de grado médico, tales como poly(ε-caprolactone) (PCL), que presenta excelente biocompatibilidad8. Otras ventajas son la posibilidad de personalizar el tamaño y la distribución de la porosidad, depositando las fibras de una manera muy organizada para fabricar andamios de alta relación superficie a volumen. Antes de que MEW se puede realizar, el polímero exige primero la aplicación de calor9. Una vez en estado líquido, una presión de aire aplicada lo obliga a salir a través de una hilera metálico que está conectado a una fuente de alto voltaje. El equilibrio de fuerza entre la tensión superficial y la atracción de la gota cargada electrostáticamente al colector de tierra conduce a la formación de un cono de Taylor, seguida de la expulsión de un chorro de10.
Imágenes y un dibujo esquemático del dispositivo MEW construir casa utilizado este protocolo se muestran en la figura 1. Además demuestra los principios de utilizar cinta aislante para evitar descargas eléctricas entre los elementos de calentamiento y la parte de latón eléctricamente cargada alrededor de la hilera. Aislamiento insuficiente daría lugar a daños internos del hardware implementado.
Según el ajuste de los parámetros del tres sistema (temperatura, presión de aire y velocidad de recogida), MEW permite la fabricación de fibras de diferentes diámetros, explicadas en la sección de discusión. En la mayoría de los casos, sin embargo, puesta a punto y optimización del jet será requeridos antes de que se expulsará un chorro. La visualización del chorro electrificado viaje es una forma efectiva de verificar la consistencia y homogeneidad del proceso. En un caso ideal, la trayectoria de vuelo se asemeja a una curva catenaria adquirida como resultado de un equilibrio de fuerza controlado por los parámetros de sistema11. Además, la estructura micro y macro de los andamios es dependiente de la trayectoria de vuelo del jet del polímero12. Una tabla detallada de desviación diferentes comportamientos y medidas para la optimización se da en la sección de discusión.
En el presente estudio, presentamos un protocolo que describe los pasos de fabricación para la fabricación de andamios fibrosos altamente controlados usando la tecnología MEW. En este trabajo, médica grado PCL (peso molecular 95-140 kg/mol) fue utilizado, como este grado médico PCL ha mejorado la pureza en grado técnico y sus propiedades mecánicas y procesamiento son excelentes para MEW. Fusión amplia gama de PCL de procesamiento origina de su bajo punto de fusión (60 ° C) y alta estabilidad térmica. Además, LCP es un polímero biodegradable de ritmo lento, que lo hace un material excelente para muchos tejidos ingeniería aplicaciones13.
Para este estudio, la distancia de la temperatura y el colector se mantendrá constante (65 ° C y 82 ° C para las temperaturas de la jeringa e hilera (respectivamente) y 12 mm para la distancia de colector); aplicado voltaje, selector velocidad aire presión y, sin embargo, se varió para fabricar fibras con diámetros específicos. Una lista detallada de los estudios publicados con andamios MEW se proporciona en la sección de resultados y revela diferentes aplicaciones para los campos de TE y RM (tabla 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
Integración de AM para encontrar soluciones innovadoras para los desafíos en el campo de la medicina presenta un nuevo paradigma para el siglo 21st . El campo llamado de la “Bio-fabricación” va en aumento y las innovaciones en tecnologías de fabricación permiten la producción de sofisticadas arquitecturas para aplicaciones de TE. El electrospinning de derretimientos del polímero en un modo de escritura directa (MEW aquí) es visto como uno de los candidatos más prometedores de la fabricación para cump…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo ha sido apoyado financieramente por el CRC de centro de investigación cooperativa para la fabricación de la terapia celular, el centro australiano de investigación Consejo arco en biofabricación de aditivo y el Instituto de estudios avanzados de la Universidad técnica de Munich. Esta investigación fue realizada por el australiano Consejo Industrial transformación capacitación centro de investigación en biofabricación de aditivo http://www.additivebiomanufacturing.org (IC160100026). Por favor visite el sitio para artículos, libros, programas de radio o televisión, medios electrónicos o cualquier otras obras literarias relacionadas con el proyecto. Además, los autores agradece María Flandes Iparraguirre para apoyo en la película, Philip Hubbard para la voz y Luise Grossmann para filmación y edición.
Materials
| Plastic syringe | Nordson Australia Pty Ltd | 7012072 | EFD BARREL O 3mL Clear 50 |
| Medical grade Poly (ε-caprolactone) (mPCL) | Corbion Purac, The Netherlands | PURASORB PC12 | |
| 23 GA needle | Nordson Australia Pty Ltd | 7018302 | #23GP .013 X .25 ORANGE 50 PC |
| Plunger | Nordson Australia Pty Ltd | 7012166 | PISTON O 3mL WH WIPER 50 |
| Pressure adapter | Nordson Australia Pty Ltd | 7012059 | ADAPTER ASM O 3mL BL 1.8M |
| Aluminium collector | Action Aluminium, Australia | SHP2 | Sheet 5005 H34 |
| Acrylic glass | Mulford Plastics Pty Ltd | ACC6-13094 | |
| Mach 3 software | Art Soft | Purchased online | |
| Safety switch interlock | RS components Pty Ltd | 12621330 | |
| High voltage generator | EMCO High Voltage Co. | DX250R | |
| Temperature controller | WATLOW | PM9R1FJ | |
| X and Y positioning slide | VELMEX Inc. | XN-10-0020-M011 |
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