Postproduktion Bearbetning av Electrospun Fibrer för Tissue Engineering
Summary
Electrospun ställningar kan bearbetas postproduktion för applikationer vävnadsteknik. Här beskriver vi metoder för spinning komplexa ställningar (med följd spinning), för att göra tjockare ställningar (med flera lager med värme eller ånga glödgning), för att uppnå sterilitet (aseptisk produktion eller sterilisering postproduktion) och för att uppnå lämpliga biomekaniska egenskaper.
Abstract
Electrospinning är en vanligen använd och mångsidigt förfarande för framställning av byggnadsställningar (ofta nedbrytbara) för 3D vävnadsteknik. 1, 2, 3 Många vävnader de vivo genomgå biaxiell utspändhet i varierande grad såsom hud, urinblåsa, bäckenbotten och även den hårda gommen som barn växa. Vid framställning av byggnadsställningar för dessa ändamål finns det ett behov av att utveckla ställningar på lämpliga biomekaniska egenskaper (även uppnås utan eller med celler) och som är sterila för klinisk användning. Fokus för denna uppsats är inte hur man införa grundläggande electrospinning parametrar (som det finns omfattande litteratur om electrospinning) utan på hur du ändrar spunna ställningar postproduktion för att göra dem lämpliga för ändamål vävnadstekniska – här tjocklek, mekaniska egenskaper och sterilisering (krävs för klinisk användning) anses vi beskriver också hur celler kan odlas på ställningar och utsattes för biaxiell töjning för att konditionera dem för specifika applikationer.
Electrospinning tenderar att producera tunna ark, som electrospinning kollektor blir belagd med isolerande fibrer blir en dålig ledare, så att fibrerna inte längre insättning på den. Därför beskriver vi förhållningssätt för att åstadkomma tjockare strukturer genom värme eller ånga glödgning öka styrkan av byggnadsställningar, men inte nödvändigtvis elasticitet. Sekventiella spinning av byggnadsställningar av olika polymerer för att uppnå komplexa ställningar beskrivs också. Sterilisering metoder kan negativt påverka hållfastheten och elasticiteten av byggnadsställningar. Vi jämför tre metoder för deras effekter på de biomekaniska egenskaperna för electrospun ställningar av poly mjölk-sam-glykolsyra (PLGA).
Avbildning av celler på ställningar och bedömning av produktion av extracellulär matris (ECM)-proteiner från cellerna på ställningar beskrivs. Odling av celler på byggnadsställningar in vitro kan förbättra ställningen styrka och elasticitet, men tissue engineering literatuRe visar att cellerna ofta misslyckas med att generera lämpliga ECM när de odlas under statiska förhållanden. Det finns få kommersiella system tillgängliga som tillåter en att odla celler på ställningar under dynamiska luftkonditionering regimer -. Ett exempel är Bose ElectroForce 3100 som kan användas för att utöva en konditionering program på celler i ställningar som innehas med mekaniska grepp inom media fylld kammare 4 Ett förhållningssätt till en budget cellodling bioreaktor kontrollerad distorsion i 2 dimensioner beskrivs. Vi visar att celler kan induceras till att producera elastin under dessa betingelser. Slutligen bedömning av de biomekaniska egenskaperna hos bearbetade byggnadsställningar odlade med eller utan celler beskrivs.
Protocol
Discussion
Electrospinning är en mycket populär teknik för att producera byggnadsställningar för tissue engineering. 14, 15, 16 Även om det är relativt enkelt att tillverka grundläggande electrospun ställningar för experimentell använda tekniken är också komplex och mångfacetterad med många variabler. 6 Det finns många studier som beskriver hur electrospinning parametrar bestämmer ställningen produceras. I denna studie ligger fokus på de stora utmaningarna efter produktionen att göra stäl…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar BBSRC för finansiering doktorsexamen för Mr Frazer Bye.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| Poly lactic-co-glycolic acid | Sigma Aldrich | ||
| Poly lactic acid | Sigma Aldrich | 81273 | Inherent viscosity ~2.0dl/g |
| Poly ε-caprolactone | Sigma Aldrich | ||
| Poly hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate 12:1 | Goodfellow | 578-446-59 | PHB88/PHV12 |
| Dichloromethane | Sigma Aldrich or Fisher | 270997 or D/1850/17 | >99.8% contains 50-150ppm amylene stabiliser |
| 50 multi coloured balloons | Wilkinson’s Hardware Stores Ltd. | 0105790 | |
| Goat anti-rabbit IgG (FC):FITC | AbDserotec | STAR121F | |
| Rabbit anti-human alpha elastin | AbDserotec | 4060-1060 | |
| Screw Cap GL45 PP 2 Port, pk/2 | SLS | 1129750 | |
| 4′,6-Diamidino-2-phenylindole dihydrochloride | Sigma Aldrich | 32670 | |
| CellTracker green CMFDA | Invitrogen | C7025 | |
| CellTracker red CMTX | Invitrogen | C34552 |
References
- Canton, I., McKean, R., Charnley, M., Blackwood, K., Fiorica, C., Ryan, A., MacNeil, S. Development of an Ibuprofen-releasing biodegradable PLA/PGA electrospun scaffold for tissue regeneration. Biotechnology and bioengineering. 105, 396-408 (2010).
- Blackwood, K., McKean, R., Canton, I., Freeman, C., Franklin, K., Cole, A., Brook, I., Farthing, P., Rimmer, S., Haycock, J., Ryan, A., MacNeil, S. Development of biodegradable electrospun scaffolds for dermal replacement. Biomaterials. 29, 3091-3104 (2008).
- Yang, F., Maurugan, R., Wang, S., Ramakrishna, S. Electrospinning of nano/micro scale poly(L-lactic acid) aligned fibers and their potential in neural tissue engineering. Biomaterials. 26, 2603-2610 (2005).
- Sittichokechaiwut, A., Edwards, J. H., Scutt, A. M., Reilly, G. C. Short bouts of mechanical loading are as effective as dexamethasone at inducing matrix production by human bone marrow mesenchymal stem cell. Eur. Cell Mater. 20, 45-57 (2010).
- Sill, T. J., von Recum, H. A. Electrospinning: applications in drug delivery and tissue engineering. Biomaterials. 29 (13), 1989-2006 (2008).
- Deitzel, J., Kleinmeyer, J., Harris, D., Beck Tan, N. C. The effect of processing variables on the morphology of electrospun nanofibers and textiles. Polymer. 42, 261-272 (2001).
- Fridrikh, S., Yu, J., Brenner, M., Rutledge, G. Controlling the fiber diameter during electrospinning. Physical review letters. 90, 1-4 (2003).
- Fong, H., Chun, I., Reneker, D. Beaded nanofibers formed during electrospinning. Polymer. 40 (16), 4585-4592 (1999).
- Selim, M., Bullock, A. J., Blackwood, K. A., Chapple, C. R., MacNeil, S. Developing biodegradable scaffolds for tissue engineering of the urethra. BJU Int. 107 (2), 296-302 (2010).
- Tong, H. -. W., Wang, M. An investigation into the influence of electrospinning parameters on the diameter and alignment of poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) fibers. Journal of Applied Polymer Science. 120 (3), 1694-1706 (2011).
- Tong, H. -. W., Wang, M. Electrospinning of poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) fibrous tissue engineering scaffolds in two different electric fields. Polymer Engineering & Science. 51 (7), 1325-1338 (2011).
- Retzepi, M., Donos, N. Guided Bone Regeneration: biological principle and therapeutic applications. Clinical oral implants research. 21, 567-576 (2010).
- Moreau, J., Caccamese, J., Coletti, D., Sauk, J., Fisher, J. Tissue engineering solutions for cleft palates. Journal of oral maxillofacial. 65, 2503-2511 (2007).
- Yang, F., Both, S., Yang, X., Walboomers, X., Jansen, J. Development of an electrospun nano-apatite/PCL composite membrane for GTR/GBR application. Acta biomaterialia. 5, 3295-3304 (2009).
- Yoshimoto, H., Shin, Y., Terai, H., Vacanti, J. A biodegradable nanofiber scaffold by electrospinning and its potential for bone tissue engineering. Biomaterials. 24, 2077-2082 (2003).
- Telemeco, T., Ayres, C., Bowlin, G., Wnek, G., Boland, E., Cohen, N., Baumgarten, C., Mathews, J., Simpson, D. Regulation of cellular infiltration into tissue engineering scaffolds composed of submicron diameter fibrils produced by electrospinning. Acta biomaterialia. 1, 377-385 (2005).
