फाइबर संगठन में gradations के साथ Electrospun nanofiber Scaffolds
Summary
यहाँ, हम फाइबर की gradated संगठन के साथ electrospun nanofiber scaffolds के निर्माण और सेल आकृति विज्ञान / अभिविन्यास को विनियमित करने में अपने आवेदन पत्र का पता लगाने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। Nanofiber scaffolds के भौतिक और रासायनिक गुणों के संबंध में अनुपात में जैव चिकित्सा क्षेत्र में आवेदनों की एक विस्तृत विविधता प्रदान करते हैं।
Abstract
The goal of this protocol is to report a simple method for generating nanofiber scaffolds with gradations in fiber organization and test their possible applications in controlling cell morphology/orientation. Nanofiber organization is controlled with a new fabrication apparatus that enables the gradual decrease of fiber organization in a scaffold. Changing the alignment of fibers is achieved through decreasing deposition time of random electrospun fibers on a uniaxially aligned fiber mat. By covering the collector with a moving barrier/mask, along the same axis as fiber deposition, the organizational structure is easily controlled. For tissue engineering purposes, adipose-derived stem cells can be seeded to these scaffolds. Stem cells undergo morphological changes as a result of their position on the varied organizational structure, and can potentially differentiate into different cell types depending on their locations. Additionally, the graded organization of fibers enhances the biomimicry of nanofiber scaffolds so they more closely resemble the natural orientations of collagen nanofibers at tendon-to-bone insertion site compared to traditional scaffolds. Through nanoencapsulation, the gradated fibers also afford the possibility to construct chemical gradients in fiber scaffolds, and thereby further strengthen their potential applications in fast screening of cell-materials interaction and interfacial tissue regeneration. This technique enables the production of continuous gradient scaffolds, but it also can potentially produce fibers in discrete steps by controlling the movement of the moving barrier/mask in a discrete fashion.
Introduction
Nanofibers क्योंकि इसकी संरचना और रिश्तेदार आकार 1 में बाह्य मैट्रिक्स की नकल करने की उनकी क्षमता के ऊतक इंजीनियरिंग के लिए एक लोकप्रिय उपयोगिता रहे हैं। हालांकि, इस तरह पट्टा करने वाली हड्डी प्रविष्टि साइट के रूप में कुछ देशी ऊतक इंटरफेस, कण्डरा की ओर संरेखण में बढ़ जाती है और हड्डी साइट 2-5 में कम हो जाती है कि एक चर संगठनात्मक संरचना का प्रदर्शन जो कोलेजन फाइबर होते हैं। तो, प्रभावी ऊतक उत्थान के लिए प्रभावी ढंग से इस संरचनात्मक ढाल की नकल कर सकता है कि एक चबूतरा निर्माण करने के लिए एक की जरूरत है।
फाइबर संरचना में क्रमिक परिवर्तन पर आयोजित इससे पहले, वहाँ किया गया है अनुसंधान, विशेष रूप से, खनिज सामग्री 6। हालांकि, संयोजी ऊतक के संरचनात्मक घटक पुनः काफी हद तक बेरोज़गार बना रहता है। पहले के एक अध्ययन चूहा calvarial अस्थिकोरक के प्रसार पर सतह सिलिका के कण घनत्व के प्रभाव का अध्ययन करके रूपात्मक ढ़ाल की जांच की और एक Inver पायासिलिका के कण घनत्व और सेल प्रसार के बीच 7 एसई रिश्ता। लेकिन पिछले काम में सेल प्रसार मध्यस्थता कि morphological परिवर्तन फाइबर संगठनात्मक परिवर्तन 7,8 नकल उतार में क्षमता की कमी खुरदरापन सतह के लिए ज्यादातर संबंधित थे। एक ताजा अध्ययन में 9 electrospinning के लिए एक उपन्यास कलेक्टर का उपयोग करके अद्वितीय कोलेजन फाइबर झुकाव मजाक उड़ाया कि एक चबूतरा निर्माण करने के लिए प्रयास किया। इस अध्ययन दोनों गठबंधन और यादृच्छिक फाइबर के साथ एक चबूतरा का निर्माण करने में सफल रहा है, यह देशी ऊतकों में प्रदर्शित क्रमिक परिवर्तन की नकल करने में विफल रहा है। इसके अलावा, यादृच्छिक उन्मुखीकरण के लिए गठबंधन से एक तत्काल परिवर्तन के साथ, अलग घटकों के उत्पादन में, इस पाड़ के biomechanical गुणों काफी कमी आई है। कोई पिछले काम गठबंधन और यादृच्छिक से फाइबर झुकाव में निरंतर ग्रेडेशन के साथ लागू nanofiber scaffolds के उत्पादन करने में सक्षम हो गया है। हमारे ताजा अध्ययन nanofiber scaffolds के सफल मनोरंजन दिखाया गया हैसंभवतः कण्डरा करने वाली हड्डी प्रविष्टि 10 में देशी कोलेजन संगठन की नकल कर सकते हैं कि फाइबर संगठन में ग्रेडेशन के साथ। इस काम को बारीकी से देशी कण्डरा करने वाली हड्डी के ऊतकों इंटरफ़ेस में फाइबर संगठन की है कि जैसा दिखता है कि एक संरचना के साथ nanofiber scaffolds के उत्पादन के लिए इस्तेमाल प्रोटोकॉल पेश करने के लिए करना है।
ढाल nanofiber संरचनाओं संभावित क्षेत्रों की एक किस्म भर में आवेदनों दूरगामी है। हम पहले से ही विभिन्न substrates 11-14 पर ऊतक उत्थान के लिए उपयोग किया जाता है जो वसा व्युत्पन्न स्टेम कोशिकाओं (ADSCs) के साथ हमारे scaffolds के संयोजन से पट्टा करने वाली हड्डी प्रविष्टि साइट के ऊतक इंजीनियरिंग करने के लिए आवेदन पर ध्यान केंद्रित किया। इसके अलावा, ADSCs multipotency के मामले में अस्थि मज्जा स्टेम कोशिकाओं को प्रकृति में बहुत समान हैं और उनके संसाधन एक साधारण liposuction प्रक्रिया 15,16 का उपयोग कर काटा जा सकता है, जो प्रचुर मात्रा में है। आगे gradated nanofiber scaffolds के लिए इन कोशिकाओं सीडिंग उनकी आज़ादी को बढ़ाता हैसंभवतः विभिन्न ऊतकों में अंतर कर सकते हैं कि कोशिकाओं के नियंत्रित वितरण के लिए अनुमति देकर इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों के खिलाफ मुकदमा। स्टेम कोशिकाओं को बोने के अलावा, nanofibers सेलुलर प्रतिक्रिया के नियमन के लिए संकेतन अणुओं के साथ समझाया जा सकता है। इन scaffolds के संगठनात्मक ढाल के साथ nanoencapsulation युग्मन सेलुलर व्यवहार या संभव प्रत्यारोपण डिजाइन और कोटिंग्स के अध्ययन के लिए अनुमति देता है। अस्थिकोरक भेदभाव 15,16 प्रेरित करने के लिए दिखाया गया है, जो हड्डी morphogenetic प्रोटीन 2 (BMP2), जैसे कार्यात्मक अणुओं के encapsulation आगे इन scaffolds के 10 में से ऊतक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में वृद्धि कर सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
The most critical part of the protocol is generation of the gradient scaffold. It is imperative that the mask covering the collector moves at a constant velocity so there is a gradual change within the fiber scaffold. The correct preparation of PCL solution is also important to ensure electrospinning success. Checking the fiber morphology prior to electrospinning is recommendable, especially after the encapsulation of Coumarin-6, which may require a higher voltage to electrospin correctly.
Fu…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम नेब्रास्का मेडिकल सेंटर और स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थान (अनुदान संख्या 1R15 AR063901-01) के विश्वविद्यालय से स्टार्टअप धन से आंशिक रूप से समर्थन किया था।
Materials
| Polycaprolactone | Sigma-Aldrich | 440744 | |
| N,N-Dimethlyformamide | Fisher Chemical | D-119-1 | |
| Dichloromethane | Fisher Chemical | AC61093-1000 | |
| Coumarin 6 | Sigma-Aldrich | 546283 | |
| Adipose Derived Stem Cells | Cellular engineering Technologies | HMSC.AD-100 | |
| Fetal Bovine Serum | Life Technologies | 26140-111 | |
| Fluorescein Diacetate | Sigma-Aldrich | F7378 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | |
| Trypsin-EDTA | Invitrogen | 25300-054 | |
| α-Modified Eagle's Medium | Invitrogen | a10490-01 | |
| Acetone | Fisher Scientific | s25120a | |
| Phosphate Buffered Saline | Invitrogen | 10010023 | |
| Glass Slides | VWR international, LLC | 101412-842 | |
| Syringe Pump | Fisher Scientific | 14-831-200 | Single syringe |
| Ultrasonic Cleaner | Branson | 1510 | |
| High Voltage DC Power Supply | Gamma High Voltage Research | ES30 | |
| Scanning Electron Microscope | FEI | Nova 2300 | |
| Fluorescence Microscope | Zeiss | Axio Imager 2 |
Riferimenti
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