Elektrospunnede Fibrøst Stillaser av Poly (glyserol-dodecanedioate) for Ingeniør nervevev Fra Mus embryonale stamceller
Summary
Syntese og fabrikasjon av elektrospunnede lange fibre som spenner over et større innskudd området via en nyutviklet samler fra en roman nedbrytbar polymer som heter poly (glyserol-dodekanoat) (PGD) ble rapportert. Fibrene var i stand til å støtte veksten av celler som stammer fra mus pluripotent stamceller.
Abstract
For tissue engineering applikasjoner, er utarbeidelsen av biologisk nedbrytbare og biokompatible stillaser den mest ønskelig, men utfordrende oppgave. Blant de forskjellige fremstillingsmetoder, er electro den mest attraktive en på grunn av sin enkelhet og fleksibilitet. I tillegg, elektrospunnede nanofibers ligner størrelsen av naturlige ekstracellulære matriks sikrer ytterligere støtte for celleoverlevelse og vekst. Denne studien viste at levedyktigheten til fremstilling av lange fibre som strekker seg over et større område innskudd for en ny nedbrytbar, og biokompatibel polymer heter poly (glycerol-dodekanoat) (PGD) en ved hjelp av en nylig utviklet oppsamler for electro. PGD har unike elastiske egenskaper med tilsvarende mekaniske egenskaper til nervevevet, og dermed er det egnet for neural tissue engineering applikasjoner. Syntese og fabrikasjon oppsett for å lage fiberstillasmateriell var enkel, reproduserbar, og billig. I biokompatibilitettesting, celler avledet fra mus embryonale stamceller kan feste seg til og vokse på PGD elektrospunnede fibrene. I sammendraget, denne protokollen gitt en allsidig fabrikasjon metode for å gjøre PGD elektrospunnede fiber for å støtte veksten av musen embryonale stamceller avledet nevrale avstamning celler.
Introduction
Electro er en av de effektive bearbeidingsmetoder for å produsere mikro-til-nanometerstørrelse fiber stillaser. Det grunnleggende prinsipp for elektrospinning omfatter en Taylor kjegle av løsningen som holdes ved åpningen av en nål ved å anvende høy spenning mellom spissen av nålen og en jordet kollektor. Når den elektrostatiske frastøtning i oppløsningen overvinner overflatespenningen, er et ladet fluidstråle slynget ut av nålspissen, beveger seg gjennom luften med oppløsningsmiddelavdamping, og endelig avsettes på jordet kollektor. Sprøytepumpen gir en kontinuerlig strøm av løsningen som kommer ut fra spinnevorte og dermed flere kopier av elektrospunnede fibre kan fremstilles i løpet av en kort tidsperiode. I løpet av forlater spinnevorte for å komme frem til samleren, vil det ladede jet gjennomgå strekking og pisket i henhold til et antall parametre som inkluderer viskositeten og overflatespenningen til polymerløsningen, den elektrostatiskc styrken i løsningen, og vekselvirkningen mellom det ytre elektriske felt, etc 2..
I electro prosessen, serverer en samler som en ledende substrat hvor mikro-til-nanometer fibre kan deponeres. I denne studien ble en ny type fiber kollektor er utformet for å oppnå fibermatter med den ønskede størrelse (lengde x bredde). Tradisjonelt er aluminiumfolie benyttes som kollektor, men det er vanskelig å overføre fibrene fra den flate overflaten til et annet substrat. Vanskeligheten med å høste en intakt fibermatte fra en tradisjonell kollektor skyldes hovedsakelig det faktum at den elektrospunnede fibrene feste seg sterkt til samlerens overflate. Derfor modifiseres vi samleren ved å brette et stykke av aluminiumfolie til en rektangulær strimmel, og feste den vinkelrett på en flat metallplate. De elektrospunnede fibrene er strukket på tvers i området mellom spissen av strimmelen, og metallplaten, noe som lett kan overføres til et annet substrate.
Interessen for termisk krysskoblet elastomer polymerer vokser raskt på grunn av den banebrytende arbeidet til Robert Langer gruppe, som introduserte poly (glyserol sebacate) (PGS), en polyester som er analog til vulkanisert gummi i 2002 3. Likhet med PGS, vi har utviklet poly (glyserol-dodekanoat) (PGD) ved termisk kondensasjon av glyserol og dodekandisyre syre og demonstrert sin unike form minne eiendom 1. I motsetning stivere syntetiske materialer poly (hydrok-butyrat), eller poly (L-laktid) (Young-moduler over 250 MPa og 660 MPa, respektivt), PGD oppviser elastomere egenskapen som gummi, med en Youngs modulus på 1,08 MPa når temperaturen er over 37 ° C, som er godt i samsvar med in-situ perifere nerve (0,45 MPa). I tillegg er PGD biologisk nedbrytbart og nedbrytningstid kan finjusteres ved å variere forholdet mellom glycerol og dodekandisyre syre. Dodekandisyre syre er en tolv-karbon substilling med to terminale karboksylgrupper, HOOC (CH 2) 10 COOH. Selv nummererte dikarboksylsyrer som sebacinsyre og dodekandisyre syre kan metaboliseres til acetyl-CoA og angi trikarboksylsyre (TCA) / (sitronsyre) syklus. Den metabolske produkter av dikarboksylsyrer, succinyl-CoA, er en gluconeogenetic forløper, og mellomproduktet med TCA-syklus 4.. Således noen studier antydet at de kan benyttes som et alternativt brensel substrat for enteral og parenteral ernæring, spesielt i de patologiske tilstander. I tillegg oppviser PGD unike form-minne fordi dens glassovergangstemperatur er 31 ° C, slik at det viser forskjellige mekaniske egenskaper ved romtemperatur og ved kroppstemperatur. I sum er PGD biologisk nedbrytbart, biokompatible, viser unike elastiske egenskaper med mekaniske egenskaper som ligner på nerve vev; Derfor, er det et egnet materiale for nervevev tekniske anvendelser. I denne protokollen, den elektrospunnedelange fibre som spenner over et stort innskudd området ble fabrikkert via nydesignede samleren fra PGD. Fiber stillaser kan støtte muse pluripotent stamceller vekst og differensiering.
Protocol
Representative Results
Discussion
Begrensningene av enkle samlere eller kompleksiteten i roterende samlere som i dag brukes for electro øke begrensningen med å skaffe den ønskede lengden og størrelsen på fibermatte for enkelte programmer. I tillegg overfører fibre fra bakken kollektoren til kultur parabol eller andre underlag er en utfordring fem. I denne rapporten et nyutviklet samleren, gjøres ganske enkelt ved å legge en aluminiumfolie strimmel til den jordede samleren, var i stand til å oppnå store størrelse fibermatter opp til…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble utført ved bruk av fasilitetene på Biomedical Engineering Department ved Florida International University.
Materials
| Glycerol | Sigma-Aldrich | G7757 | |
| Dodecanedioic acid | Sigma-Aldrich | D1009 | |
| Gelatin | Sigma-Aldrich | D1890 | |
| Poly (ehtylene oxide) (PEO) | Sigma-Aldrich | 182028 | |
| Riboflavin | Sigma-Aldrich | 132350250 | 0.10% |
| Mouse embryonic stem cells | GlobalStem | GSC-5002 | |
| Matrigel | Becton Dickinson | 356234 | |
| DMEM/F12 | Thermo Scientific | SH30272.02 | |
| N2 supplement | Invitrogen | 17502048 | 1% |
| FGF2 | Stemgent | 03-0002 | 10ng/ml |
| Accutase | Invitrogen | A11105-01 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Invitrogen | 10010-031 | |
| Resazurin fluorescence dye | Sigma-Aldrich | 62758-13-8 | |
| SV Total RNA Isolation System | Promega | Z3100 | |
| GoScript Reverse Transcription System | Promega | A5000 | |
| GoTaq qPCR Master Mix | Promega | A6001 | |
| Syringe pump | Fisher scientific | 14-831-200 | |
| High voltage power source | Spellman High Voltage Electronics Corporation | SL30 | |
| UV light | Philips | 308643 | 15W/G15T8 |
| Synergy HT Multi-Mode Microplate Reader | BioTek | ||
| Perkin Elmer GeneAmp PCR System 9600 | Perkin Elmer | 8488 | |
| StepOne Real-time PCR System | Applied Biosystems | 4376357 |
References
- Migneco, F., Huang, Y. -. C., Birla, R. K., Hollister, S. J. Poly (glycerol-dodecanoate), a biodegradable polyester for medical devices and tissue engineering scaffolds. Biomaterials. 30, 6479-6484 (2009).
- Reneker, D. H., Yarin, A. L. Electrospinning jets and polymer nanofibers. Polymer. 49, 2387-2425 (2008).
- Wang, Y., Ameer, G. A., Sheppard, B. J., Langer, R. A tough biodegradable elastomer. Nature biotechnology. 20, 602-606 (2002).
- Panunzi, S., De Gaetano, A., Mingrone, G. Approximate linear confidence and curvature of a kinetic model of dodecanedioic acid in humans. American Journal of Physiology-Endocrinology And Metabolism. 289, (2005).
- Park, S., et al. Apparatus for preparing electrospun nanofibers: designing an electrospinning process for nanofiber fabrication. Polymer Internationa l. 56, 1361-1366 (2007).
- Barnes, C. P., Sell, S. A., Boland, E. D., Simpson, D. G., Bowlin, G. L. Nanofiber technology: designing the next generation of tissue engineering scaffolds. Advanced drug delivery reviews. 59, 1413-1433 (2007).
- Li, W. -. J., Mauck, R. L., Tuan, R. S. Electrospun nanofibrous scaffolds: production, characterization, and applications for tissue engineering and drug delivery. Journal of Biomedical Nanotechnology. 1, 259-275 (2005).
- Pham, Q. P., Sharma, U., Mikos, A. G. Electrospinning of polymeric nanofibers for tissue engineering applications: a review. Tissue engineering. 12, 1197-1211 (2006).
- Lim, S. H., Mao, H. -. Q. Electrospun scaffolds for stem cell engineering. Advanced drug delivery reviews. 61, 1084-1096 (2009).
- Lowery, J. L., Datta, N., Rutledge, G. C. Effect of fiber diameter, pore size and seeding method on growth of human dermal fibroblasts in electrospun poly (epsilon-caprolactone) fibrous mats. Biomaterials. 31, 491-504 (2010).
- Tillman, B. W., et al. The in vivo stability of electrospun polycaprolactone-collagen scaffolds in vascular reconstruction. Biomaterials. 30, 583-588 (2009).
- Ju, Y. M., Choi, J. S., Atala, A., Yoo, J. J., Lee, S. J. Bilayered scaffold for engineering cellularized blood vessels. Biomaterials. 31, 4313-4321 (2010).
- McCullen, S. D., et al. In situ collagen polymerization of layered cell-seeded electrospun scaffolds for bone tissue engineering applications. Tissue Engineering Part C: Methods. 16, 1095-1105 (2010).
