Процесс литья на основе мокрого прядения желатина для регенерации тканей
Summary
Мы разработали и описать протокол, основанный на концепции мокрого прядения, для строительства на основе желатина биоматериалов, используемых для применения тканевой инженерии.
Abstract
Эта статья представляет недорогой метод для изготовления желатин, как природный полимер, леска волокон или другие надлежащие формы. Через мокрый, спиннинг метод желатин волокон производятся гладкой экструзии в среде подходящей коагуляции. Чтобы увеличить функциональные поверхности этих волокон желатина и их способность имитировать функции тканей, желатин можно формовать в форму трубки, ссылаясь на этой концепции. Рассмотренные в vitro и in vivo тесты, желатин трубы демонстрируют большой потенциал для применения в тканевой инженерии. Действуя в качестве подходящего разрыв наполнителя, желатин, трубы могут быть использованы для замены тканей в поврежденной области (например, в нервной и сердечно-сосудистой системы), а также способствовать регенерации путем предоставления прямой замены стволовых клеток и нейронных сетей. Этот протокол предоставляет подробные процедуры для создания биоматериала, на основе природного полимера, и его осуществление, как ожидается, значительно способствовали развитию коррелятивных природных полимеров, которые помогают реализовать стратегии регенерации тканей.
Introduction
Последняя разработка в регенерации тканей предполагает применение тканевой инженерии, которая представляет собой вызов для совершенствования новых терапевтических стратегий медицинского лечения. Например ограниченный потенциал регенерации нервной системы, следующие травмы или болезни, создает проблему значительного здравоохранения во всем мире. Из-за сложности патофизиологических процессов, связанных с нервной системой использование традиционных аутотрансплантатом или осуществление стабилизации хирургии было показано, чтобы предложить преимущества в функциональных результатов, но нет сильных доказательств для эффекты позвоночника Фиксация хирургии1,2. Ткани на поврежденную область потеряла и заменен на hypertrophically индуцированных астроциты3, сформировав плотной глиальный рубец4,5. Эта матрица действует как барьер, что блоки нерва функционируют6,7 и, таким образом, значительно препятствует регенерации. Таким образом, подходящие пломбировочный материал разрыв ожидается предотвратить потерю ткани и уменьшить образование связанных рубцовой соединительной ткани, поддержание целостности поврежденной области, а также путем предоставления прямой замены нервных клеток и Схема регенерации аксона.
Полимерные биоматериалы были предпочтительным, как строительные леса для терапии регенерации тканей, основанные на регулировании ячейки или аксона тканей и поведение прогрессии через поддержку естественных внеклеточного матрикса (ECM). Формат волокна обычно рассматривается как строительный блок для различных материалов, благодаря его одномерные структуры8. Волокна могут быть получены как правило экструзия расплава или влажная, спиннинг метод; Однако большого размера и стоимости оборудования и сложности для выполнения этих методов являются сложным. Кроме того большинство работы, связанной с полимерного волокна была сосредоточена на синтетические или композитных материалов. Полимеры природные в качестве источника биоматериала предлагают лучше биосовместимость свойствами для организма человека. Тем не менее для получения выравнивание естественных полимерных волокон является относительно более сложным, чем синтетические полимерные источники9. Таким образом, преобразование естественных полимеров как богатый источник белка в биоматериала волокна является важной стратегией — не только биоматериала волокна можно непосредственно изолированы от сырья, таким образом избегая ненужного преобразования до мономеров, но белковых волокон также имеют хороший внешний вид и благоприятные характеристики10.
В этой связи мы описываем метод недорогой обработки для изготовления волокон природного полимера через основные концепции мокрого прядения, которые могут быть реализованы на лабораторных установках для тканевой инженерии. Мокрого прядения выполняется путем экструзии и коагуляции раствора полимера в подходящей полимер нерастворитель. Необходимости, вязкой допированном в среду коагуляции приводит молекулы полимера распустить. Через фазового перехода нити затем потерять их растворимости и осаждаются в виде твердого полимера этапа11. Ссылаясь на этой концепции, мы затем расширил развития желатин в форму трубки процессом литья, который считается надлежащего применения регенерации тканей. Кроме того, неразрывно, мы также можем разработать любой формы, материала из желатина волокон (например, желатин каналом закатал из нескольких волокон желатина), для других желаемых приложений.
Желатин, биоразлагаемые природный полимер, формируется из денатурированные и гидролизованный коллаген, включая любые semicrystalline, аморфный или тройной винтовой состояние коллагена12. Хорошо известно, что коллаген является основным структурного белка во всех соединительных тканях позвоночных и беспозвоночных13,14, которая похожа на структуру белка главный ЭВМ, которая вызывает рост нервных и, одновременно заменяет большое количество Гликозаминогликан, выделяется во время травм спинного мозга. Таким образом использование желатина в качестве источника будет отличным выбором для любого медицинского автомобиля. Помимо того, что недорогой источник, желатин также биоразлагаемых и cytocompatible и клинически доказано, чтобы быть временный дефект наполнитель15. Превратился в форму трубки, в vitro и in vivo тесты, описанные здесь продемонстрировать, что желатин есть отличная биосовместимость и пригодность для будущих ткани инженерных приложений. Культивировали с жировых стволовых клеток человека, желатин трубы улучшить клеточная дифференцировка в нейронных прогениторных клеток, используя позитивные Нестин окрашивание как маркер нервных клеток. Кроме того желатин, как заполнение разрыва материала, как метода, в этом исследовании, ожидается быть управляемой и безопасной и пользу ткани инженеров, которые в настоящее время разрабатывают коррелятивных природных полимеров для укрепления тканей Регенерация стратегии.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы представили разработки на основе желатина биоматериалов с помощью простой влажной спиннинг техники, которые могут применяться в изучении природных полимеров для регенерации тканей. Эта работа продемонстрировала возможность изготовление желатина как источник большой белок без до…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Министерством национальной обороны (МАБ-105-070; MAB-106-077; MAB-107-032; MAB-107-065), Министерство науки и техники (большинство 107-2320-B016-016), Tri служба больницы общего профиля, национальной обороны медицинский центр, Тайвань (TSGH-C106-046; TSGH-C106-115; TSGH-C107-041) и Чэн синь больницы, так и национальной обороны медицинский центр сотрудничества (CH-МКНД-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 | – |
References
- 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).
