Electrospun fibroso Andamios de poli (glicerol-dodecanodioato) de Ingeniería Neural Los tejidos de las células madre embrionarias de ratón
Summary
Se informó de síntesis y fabricación de fibras electrohiladas largos que abarcan un área de depósito más grande a través de un colector de nuevo diseño de un nuevo polímero biodegradable llamado poli (glicerol-dodecanoato) (PGD). Las fibras fueron capaces de apoyar el crecimiento de células derivadas de células madre pluripotentes de ratón.
Abstract
Para aplicaciones de ingeniería de tejidos, la preparación de estructuras biodegradables y biocompatibles es la tarea más deseable pero desafiante. Entre los diversos métodos de fabricación, de electrospinning es la más atractiva debido a su simplicidad y versatilidad. Además, las nanofibras electrohiladas imitan el tamaño de la matriz extracelular natural, garantizando un apoyo adicional para la supervivencia y el crecimiento celular. Este estudio demostró la viabilidad de la fabricación de fibras largas que abarcan un área de depósito más grande para un nuevo polímero biodegradable y biocompatible llamado poli (glicerol-dodecanoato) (DGP) 1 mediante el uso de un colector de nuevo diseño para electrospinning. PGD exhibe propiedades elásticas únicas con propiedades mecánicas similares a los tejidos nerviosos, por lo que es adecuado para aplicaciones de ingeniería de tejidos neuronales. La síntesis y fabricación de puesta a punto para la fabricación de materiales de andamios fibrosos era simple, altamente reproducible y de bajo costo. En biocompatibilidadlas pruebas, las células derivadas de células madre embrionarias de ratón podrían adherirse y crecer en las fibras de PGD electrospun. En resumen, este protocolo proporciona un método de fabricación versátil para la fabricación de fibras electrohiladas PGD para apoyar el crecimiento de las células madre embrionarias de ratón derivados de células de linaje neural.
Introduction
Electrospinning es uno de los métodos de procesamiento eficaces para producir andamios de fibra de tamaño micro-a nanómetros. El principio básico de electrospinning implica un cono de Taylor de la solución que se mantiene en el orificio de una aguja, mediante la aplicación de alto voltaje entre la punta de la aguja y un colector a tierra. Cuando la repulsión electrostática en la solución supera la tensión superficial, un chorro de fluido cargado se expulsa fuera de la punta de la aguja, viaja por el aire con la evaporación del disolvente, y finalmente se deposita en el colector conectado a tierra. La bomba de jeringa proporciona un flujo continuo de la solución que emerge de la hilera y por lo tanto múltiples copias de las fibras electrohiladas se puede fabricar dentro de un corto período de tiempo. Durante el curso de salir de la hilera para llegar al colector, el chorro cargada someterse a estiramiento y batir según un número de parámetros que incluyen la viscosidad y la tensión superficial de la solución polimérica, los electrostáticamentefuerza de C en la solución, y la interacción del campo eléctrico externo, etc 2.
En el proceso de electrospinning, un colector sirve como un sustrato conductor, donde las fibras micro-a nanómetros podrían ser depositados. En este estudio, un nuevo tipo de colector de fibras fue diseñado para obtener esteras de fibra con el tamaño deseado (longitud x anchura). Tradicionalmente, el papel de aluminio se utiliza como un colector pero es difícil de transferir las fibras de la superficie plana a otro sustrato. La dificultad de la recolección de una manta de fibra intacta de un coleccionista tradicional se debió principalmente al hecho de que las fibras se adhieren fuertemente electrohiladas a la superficie del colector. Por lo tanto, hemos modificado el colector doblando un pedazo de papel de aluminio en una tira rectangular y lo conecta perpendicularmente a una placa metálica plana. Las fibras electrohiladas se estiran a través del área entre la punta de la tira y la placa de metal, que se puede transferir fácilmente a otro sustrato dee.
El interés en los polímeros elastoméricos reticulados térmicamente está creciendo rápidamente debido a la labor pionera del grupo de Robert Langer, quien presentó poli (sebacato de glicerol) (PGS), un poliéster que es análogo al caucho vulcanizado en 2002 3. Similar a PGS, hemos desarrollado con éxito poli (glicerol-dodecanoato) (PGD) por condensación térmica de glicerol y ácido dodecanodioico y demostraron su única propiedad con memoria de forma 1. A diferencia de más rígido materiales sintéticos de poli (butirato de hidroxilo) o poli (L-lactida) (módulos de Young de 250 MPa y 660 MPa, respectivamente), PGD exhibe la propiedad de elastómero como el caucho, con un módulo de Young de 1,08 MPa cuando la temperatura está por encima de 37 ° C, que es una coincidencia cercana a la de los nervios periféricos in situ (0,45 MPa). Además, PGD es biodegradable y el tiempo de degradación puede ser ajustado por la variación de la proporción de glicerol y ácido dodecanodioico. Ácido dodecanodioico es un sub doce de carbonopostura con dos grupos carboxílicos terminales, HOOC (CH2) 10 COOH. Ácidos dicarboxílicos con número par, como el ácido sebácico y ácido dodecanodioico pueden ser metabolizados a acetil-CoA y entrar en el de los ácidos tricarboxílicos (TCA) / ciclo (ácido cítrico). El producto metabólico de los ácidos dicarboxílicos, succinil-CoA reductasa, es un precursor gluconeogenética y el intermedio de ciclo TCA 4. Por lo tanto, algunos estudios sugieren que podrían ser utilizados como un sustrato de combustible alternativo para la nutrición enteral y parenteral, especialmente en las condiciones patológicas. Además, el DGP presenta memoria de forma única, ya que su temperatura de transición vítrea es de 31 ° C, por lo tanto, muestra propiedades mecánicas distintas a temperatura ambiente y a la temperatura corporal. En suma, PGD es biodegradable, biocompatible, que presenta propiedades elásticas únicas con propiedades mecánicas similares a los tejidos nerviosos; Por lo tanto, es un material adecuado para aplicaciones de ingeniería de tejido nervioso. En este protocolo, el electrospunfibras largas que cubren un área de gran depósito fueron fabricados por el captador de nuevo diseño de PGD. Los andamios de fibra pueden apoyar el crecimiento de células madre pluripotentes de ratón y la diferenciación.
Protocol
Representative Results
Discussion
Las limitaciones de los colectores simples o las complejidades de los colectores que se utilizan actualmente para electrospinning aumentar la restricción de obtener la longitud deseada y el tamaño de la estera de fibra para algunas aplicaciones de rotación. Además, la transferencia de fibras desde el colector de tierra a la placa de cultivo o de otros sustratos es un desafío 5. En este informe, un coleccionista de nuevo diseño, hecho simplemente uniendo una tira de papel de aluminio para el colector a t…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo se llevó a cabo utilizando las instalaciones del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad Internacional de la Florida.
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 |
Riferimenti
- 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).
