Islak eğirme esaslı kalıplama işlemi doku rejenerasyonu için jelatin
Summary
Geliştirilen ve jelatin tabanlı Biyomalzeme doku Mühendisliği uygulama için kullanılacak inşası için ıslak eğirme kavramı dayalı bir iletişim kuralı tanımlayın.
Abstract
Bu makalede monofilament iplik veya uygun diğer biçimleri jelatin, doğal bir polimer imal etmek ucuz bir yöntem sunuyor. Islak yöntemi iplik, jelatin lifler uygun koagülasyon ortamda düzgün ekstrüzyon tarafından üretilmektedir. İşlevsel yüzey bu jelatin lifleri ve doku özelliklerini taklit yeteneğini artırmak için jelatin tüp forma bu kavramı bakarak kalıplanmış. Tüp Bebek ve içinde vivo testleri tarafından muayene, jelatin tüpler doku Mühendisliği uygulama için büyük bir potansiyel göstermek. Görevi uygun dolgu boşluğu malzemesi, jelatin Borular hasarlı bölgeyi dokusunda (örneğin, sinirli ya da Kardiyovasküler sistemde) yerine gibi doğrudan yerine kök hücreler ve nöro çevrim sağlayarak yeniden oluşturma işlemi tanıtmak için kullanılabilir. Bu protokol üzerinde doğal bir polimer esaslı bir biomaterial oluşturmak için ayrıntılı bir yönerge sağlar ve uygulanması büyük yarar doku rejenerasyonu stratejileri gerçekleştirmek için yardım Bağdaşık doğal polimerler geliştirilmesi bekleniyor.
Introduction
Doku rejenerasyonu en son gelişme tıbbi tedaviler yeni tedavi stratejileri geliştirilmesi için bir meydan okuma gösteren doku Mühendisliği uygulama içerir. Örneğin, sınırlı potansiyeli sinir sistemi yeniden oluşturma işlemi, aşağıdaki yaralanma veya hastalık, dünya çapında bir önemli sağlık sorunu teşkil etmektedir. Sinir sistemi ile ilgili patofizyolojik süreçlerin karmaşıklığı, nedeniyle geleneksel otogrefti kullanımı veya sabitleme cerrahi uygulamaları fonksiyonel sonuçlar avantajlar gösterilmiştir, ancak için güçlü hiçbir kanıt Omurilik fiksasyon ameliyat1,2etkileri. Hasarlı bölgeyi, doku kaybetti ve sonunda yoğun gliyal yara4,5şekillendirme hypertrophically indüklenen astrocytes3ile eski yerine koymak. Bu matris sinir kurtarılması6,7 işlev ve ki, bloklar böylece, büyük ölçüde engel olduğunu rejenerasyon bir engel olarak davranır. Bu nedenle, uygun doldurma boşluğu malzeme doku kaybı önlemek ve hasarlı bölgeyi bütünlüğünü muhafaza yanı sıra sinir hücreleri doğrudan değiştirme sağlayan bağ dokusu skar ilişkili oluşumunu azaltmak için bekleniyor ve devresi Axon rejenerasyon teşvik etmek.
Polimer Biyomalzeme iskele için doku yenileme terapisi, hücre veya axon davranış ve doku ilerleme doğal hücre dışı Matriks (ECM) desteği ile düzenlenmesi dayalı olarak tercih edilmiştir. Fiber biçimi genellikle onun tek boyutlu yapısı8sayesinde çeşitli malzemeler için bir yapı taşı olarak kabul edilir. Lifler genellikle eritebilir ekstrüzyon veya ıslak eğirme yöntemi tarafından elde edilebilir; Ancak, büyük boy ve maliyet ekipman ve bu yöntemler gerçekleştirmek için zorluk zor vardır. Buna ek olarak, polimer lifleri için ilgili çalışmaları çoğunluğu sentetik veya kompozit malzemeler üzerinde odaklanmıştır. Biomaterial kaynağı olarak doğal polimerler daha iyi Biyouyumluluk özellikleri insan vücudu için sunuyoruz. Yine de, doğal polimer lifleri hizalama elde etmek için sentetik polimer kaynakları9/ nispeten daha zordur. Bu nedenle, doğal bir polimer protein zengin bir kaynak olarak biomaterial lifleri dönüşüm önemli bir stratejidir — sadece biomaterial lifleri olabilir doğrudan hammadde, böylece monomerleri, gereksiz bir dönüşümü kaçınarak dan izole ama protein lifleri de iyi görünüm ve olumlu özelliklerini10var.
Bu bağlamda, biz doğal polimer lifleri için doku Mühendisliği laboratuvar ölçekte uygulanacak ıslak eğirme, temel kavramı ile üretim için bir ucuz işleme yöntemi açıklanmaktadır. Islak iplik ekstrüzyon ve uygun polimer nonsolvent içine bir polimer çözüm koagülasyon tarafından gerçekleştirilir. Uygun, yapışkan çözümünü koagülasyon orta katkılı polimer molekülleri erimeye neden olur. Faz geçiş yoluyla filamentler sonra onların çözünürlük kaybetmek ve bir katı polimer faz11şeklinde çöktürülmüş. Bu konsepte atıfta, biz o zaman jelatin geliştirme tüp şekle doku rejenerasyonu uygulama için uygun olarak kabul edilir bir kalıplama işlemi tarafından genişletilmiş. Buna ek olarak, özünde, biz de herhangi bir şekil jelatin liflerinden malzemenin gelişebilir (örneğin, jelatin conduit yerleştirilmiştir birkaç jelatin lifleri), diğeri için istenen uygulamalar.
Jelatin, bir biyolojik doğal polimer denatüre ve hidrolize kolajen herhangi bir semicrystalline, amorf veya üçlü sarmal devlet kollajen12de dahil olmak üzere oluşturulur. Bu kolajen olduğunu tüm bağ dokusu, sinir büyüme indükler ana ECM protein yapısına benzeyen omurgalı ve omurgasız13,14, temel yapısal protein bilindiği ve, aynı anda, omurilik yaralanmaları sırasında salgılanan glikozaminoglikan büyük miktarda yerini alır. Bu nedenle, bir kaynak olarak jelatin kullanımı tıbbi herhangi bir araç için mükemmel bir seçim olurdu. Ucuz bir kaynak olmasının yanı sıra, jelatin de biyolojik olarak parçalanabilen ve cytocompatible ve klinik olarak kanıtlanmış bir geçici dolgu15kusur olmak. , Tüp forma geliştirilen tüp bebek ve içinde vivo testleri burada açıklanan göstermek jelatin bir mükemmel Biyouyumluluk ve gelecekteki doku mühendisliği uygulamaları için uygunluk var. Kültürlü insan yağ kök hücreleri ile jelatin tüpleri pozitif testin bir sinir hücre marker olarak boyama kullanarak hücre farklılaşması nöral progenitör hücre içine geliştirmek. Ayrıca, jelatin boşluk, bu çalışmada, kurulan yöntemi tarafından üretilen gibi dolgu olarak yönetilebilir ve güvenli olması ve büyük yarar şu anda geliştirme doku için Bağdaşık doğal polimerler gelişmekte olan doku mühendisleri için bekleniyor rejenerasyon stratejileri.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz jelatin tabanlı Biyomalzeme gelişimi basit bir ıslak doku rejenerasyonu için doğal polimerler çalışmada uygulanan teknik iplik kullanarak sundu. Bu eser olasılığını jelatin imalat jelatin kendisi özelliklerini optimize etmek amacı ile diğer kaynaklardan ek olmadan büyük protein kaynağı olarak gösterdi. Jelatin tabanlı Biyomalzeme gelişimi tamamen oda sıcaklığında (22-26 ° C) gerçekleştirilmiştir. Bir nazik çözüm iletişim kuralına, önemli bir adım olarak bir kesin çözüm konsant…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışmada Milli Savunma Bakanlığı tarafından (MAB-105-070; desteklenmiştir MAB-106-077; MAB-107-032; Mab-107-065), Bakanlığı bilim ve Teknoloji (çoğu 107-2320-B016-016), Tri-hizmet Hastanesi’ne, ulusal savunma Tıp Merkezi, Tayvan (TSGH-C106-046; TSGH-C106-115; TSGH-C107-041) ve Cheng-Hsin General Hospital ve ulusal savunma Tıp Merkezi işbirliği (CH-NDMC-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).
