의 생명 공학에 대한 각질 기반의 나노 섬유의 합성
Summary
전기 방사 나노 섬유는 비 기계적 무결성을 중량으로 세포의 성장과 증식을 지원하는 높은 표면적을 갖는다. 이러한 나노 섬유는 의치 넓은 응용 범위를 가진다. 여기서 우리는 전기 방사 기술을 이용하여 각질 / PCL 나노 섬유를 제조하고, 조직 공학에서의 응용 가능성을 위해 섬유를 특성화.
Abstract
다양한 분야에서의 응용을위한 범용성 및 잠재적으로 인해 전기 방사, 자주 나노 파이버를 제조하기 위해 사용되고있다. 이러한 다공성 나노 섬유의 생산은 그들의 독특한 물리 화학적 특성에 큰 관심이다. 여기에서 우리는 폴리 (ε 카프로 락톤)를 포함하는 케라틴 (PCL) 나노 섬유 (즉, PCL이 / 케라틴 합성 섬유)의 제조에 정교한. 수용성 각질 제 머리카락으로부터 추출 된 다른 비율의 PCL과 혼합 하였다. PCL / 각질의 혼합 용액을 설정 실험실 설계 전기 방사를 이용한 나노 섬유 멤브레인로 변신했다. 섬유 형태 얻어진 나노 파이버의 기계적 특성을 관찰 주 사형 전자 현미경 및 인장 시험기를 사용하여 측정 하였다. 또한, 나노 파이버의 분해성 화학적 특성은 FTIR에 의해 분석 하였다. SEM 이미지는 다른 조성의 PCL / 케라틴 섬유의 균일 한 표면 형상을 나타내었다. 이 PCL / keratiN 섬유는 또한 영률 실패 점 등 뛰어난 기계 특성을 보였다. 섬유 아세포의 세포 부착과 좋은 세포 생존 능력을 증명하여 증식 할 수 있었다. 상술 한 특성에 따라, 우리는 강하게 천연 및 합성 고분자 나노 파이버가 혼합 된 다양한 생물 의학 응용에 사용할 수있는 복합 재료의 우수한 현상을 나타낼 수 있음을 주장하고있다.
Introduction
전기 방사 나노 섬유는 중합체를 달성 방법으로서 널리 인식되고있다. 섬유는 나노 스케일에서 제조 될 수 있고, 섬유 한 사용자 정의 속성이다. 이러한 발전과 전기 방사 나노 섬유의 특성은 특히 조직 공학에서 생물 의학 공학 애플리케이션에 특히 흥미 있었다. 전기 방사 나노 섬유는 세포 외 매트릭스 유사성을 가지고있어 세포의 부착, 이동 및 증식을 촉진이. 때문에 세포 외 기질 (ECM)이 유사성, 전기 방사 섬유 상처 드레싱, 약물 전달을 돕기 위해 원료로 사용 될 수 있고, 예컨대 간, 뼈, 심장, 근육 (3)와 같은 조직 공학에 대한.
합성 및 천연 기원의 다른 중합체의 다양한 다른 애플리케이션 의공학 4 전기 방사 섬유를 만드는 데 사용되어왔다. 최근에이 성장하고있다합성 및 천연 중합체 (4)를 혼합하여 복합 나노 파이버의 개발의 terest. 이러한 조성물에서 최종 제품은 일반적으로 또한 천연 고분자에서 생물학적 단서와 속성을 채택하면서 합성 고분자와 관련된 기계적 강도를 상속합니다.
합성 및 천연 중합체는 나노 복합체의 합성에 사용되는 바와 같이,이 실험에서, PCL 및 케라틴이 제시된다. 각질은 머리, 양모와 손톱에서 발견되는 천연 중합체이다. 그것은 많은 아미노산 잔기를 포함 주목할만한 관심 시스테인 4,5입니다. 이상적으로 천연 중합체는 biorenewable 생체 적합성 및 생분해 될 것이다. 또한도 6에 포함 된 생체 물질에 세포 증식 및 부착을 강화하면서 각질이 모든 특성을 가지고 세.
폴리 카프로 락톤 (PCL)를 크게하는 흡수성 합성 폴리머조직 공학 4. 이러한 중합체는 이전 구조적 및 기계적 안정성을 평가되고 있으며, 그러나, 세포 친 화성이 부족하고 긴 분해율을 나타낸다. PCL의 소수성 특성은 세포 친 화성 (7)의 부족에 대한 가능성이 담당합니다. 그러나, PCL는 다른 폴리머와 매우 혼합 됨으로써 한계로 가입합니다. PCL / 각질 복합 PCL의 기계적 특성을 설명하고 다양한 생명 의학 애플리케이션을위한 이상적인 선택하고, 각질의 생물학적 특성을 통합해야합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
인간의 머리에서 각질의 추출이 성공적으로 이루어졌다. 아세트산은 케라틴은 트리스 자료 추출 할 수 있도록, 인간의 머리에 산화제로서 작용. 케라틴 분말의 제조 인해에만 연구 목적으로 행해졌 사실 소규모이었다. 이 과정은 이미 대규모 제조 산업에서 확립되었다. 소규모 케라틴 추출 목적은 오염 배치 다양성 및 비용 효율성을 제어 할 수 있었다.
각질 추출이 절차의 ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 지원 자금에 대한 혁명 금속 생체 적합 물질에 대한 공학 연구 센터 (ERC-0812348) 및 나노 기술 학부 교육 (EEC 1242139)을 통해 국립 과학 재단 (National Science Foundation)에게 감사의 말씀을 전합니다.
Materials
| Human Hair | N/A | N/A | Obtained from Local Barber Shop in Greensboro |
| Peracetic acid | Sigma Aldrich | N/A | |
| PCL (e-caprolactone polymer) | Sigma Aldrich | 502-44-3 | Mn 70-90 kDa |
| Trifluoroethanol (TFE) | Sigma Aldrich | 75-89-8 | |
| Tris Base (TrizmaTM Base Powder) | Sigma Aldrich | N/A | > 99.9% crystalline |
| Hydrochloric Acid | Fischer Scientific | A144C-212 Lot 093601 | Waltham, MA |
| Kwik-Sil | World Precision Instruments | N/A | Sarasota, FL |
| Cellulose membrane | Sigma Aldrich | N/A | 12-14 kDa molecular cutoff |
| optical microscope | Olympus BX51M | BX51M | Japan |
| scanning electron microscope | Hitachi SU8000 | SU8000 | Japan |
| Table-Top Shimadzu machine | North America Analytical and Measuring Instruments AGS-X series | AGS-X Series | Columbia, MD |
| Fourier transform infrared spectroscopy | Bruker Tensor 2 Instrument | N/A | Billerica, MA |
| Microcal Origin software | N/A | N/A | Northampton, MA |
| X-ray diffraction (XRD) | Bruker AXS D8 Advance X-ray Diffractometer | N/A | Madison, WI |
| Fibroblast 3T3 cell | American Tissue Type Culture Collection | N/A | Manassas, VA |
| Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM | Invitrogen | N/A | Grand Island, NY |
| Spectra max Gemini XPS microplate reader | Molecular Devices | N/A | Sunnyvale, CA |
| Student- Newman-Keuls post hoc test | SigmaPlot 12 software | N/A | N/A |
References
- Huang, Z. -. M., Zhang, Y. Z., Kotaki, M., Ramakrishna, S. A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites. Compos Sci Technol. 63, (2003).
- Li, W. J., Laurencin, C. T., Caterson, E. J., Tuan, R. S., Ko, F. K. Electrospun nanofibrous structure: a novel scaffold for tissue engineering. J Biomed Mater Res. 60, 613-621 (2002).
- Liu, W., Thomopoulos, S., Xia, Y. Electrospun nanofibers for regenerative medicine. Adv Healthc Mater. 1, 10-25 (2012).
- Edwards, A., Jarvis, D., Hopkins, T., Pixley, S., Bhattarai, N. Poly(-caprolactone)/keratin-based composite nanofibers for biomedical applications. J Biomed Mater Res B. 103, 21-30 (2015).
- Dowling, L. M., Crewther, W. G., Parry, D. A. Secondary structure of component 8c-1 of alpha-keratin. An analysis of the amino acid sequence. Biochem J. 236, 705-712 (1986).
- Yamauchi, K., Maniwa, M., Mori, T. Cultivation of fibroblast cells on keratin-coated substrata. J Biomat Sci-Polymer. 9, 259-270 (1998).
- Shea, L. D., Wang, D., Franceschi, R. T., Mooney, D. J. Engineered Bone Development from a Pre-Osteoblast Cell Line on Three-Dimensional Scaffolds. Tissue E. 6, 605-617 (2000).
- Fortin, M. -. J. New Biological Software. Q Rev Biol. 71, 169-170 (1996).
- Bhattarai, N., Edmondson, D., Veiseh, O., Matsen, F. A., Zhang, M. Electrospun chitosan-based nanofibers and their cellular compatibility. Biomaterials. 26, 6176-6184 (2005).
- Yang, S., Leong, K. F., Du, Z., Chua, C. K. The design of scaffolds for use in tissue engineering. Part I. Traditional factors. Tissue E. 7, 679-689 (2001).
- Bhattarai, N., et al. Natural-Synthetic Polyblend Nanofibers for Biomedical Applications. Adv Mater. 21, 2792-2797 (2009).
