التوليف من ألياف نانوية أساس كيراتين للهندسة الطبية الحيوية
Summary
ألياف النانو Electrospun لديها مساحة عالية لنسبة الوزن، السلامة الميكانيكية ممتازة، ودعم نمو الخلايا وانتشارها. هذه ألياف النانو لديها مجموعة واسعة من التطبيقات الطبية الحيوية. نحن هنا افتعال الكيراتين / ألياف النانو PCL، وذلك باستخدام تقنية العزل الكهربائي، وتوصيف الألياف للتطبيقات الممكنة في هندسة الأنسجة.
Abstract
العزل الكهربائي، وذلك بسبب تنوعها وقدرتها على التطبيقات في مختلف المجالات، ويجري كثيرا ما تستخدم لتصنيع ألياف النانو. إنتاج هذه ألياف النانو التي يسهل اختراقها هي ذات أهمية كبيرة نظرا لخصائصها الفيزيائية الفريدة. نحن هنا وضع على تصنيع الكيراتين التي تحتوي على بولي (ε-caprolactone) (PCL) ألياف النانو (أي PCL / قرنين الألياف مركب). تم استخراج الكيراتين للذوبان في الماء لأول مرة من شعرة الإنسان ومختلطة مع PCL في نسب مختلفة. تحولت حل المخلوطة من PCL / الكيراتين في الأغشية nanofibrous باستخدام العزل الكهربائي مختبر تصميم اقامة. لوحظ مورفولوجيا الألياف والخواص الميكانيكية للألياف نانوية التي تم الحصول عليها وتقاس باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح واختبار الشد. وعلاوة على ذلك، تمت دراسة التحلل والكيميائية خصائص ألياف نانوية من قبل FTIR. وأظهرت لقطات SEM مورفولوجيا سطح موحدة للألياف PCL / الكيراتين من تركيبات مختلفة. هذه PCL / keratiأظهر الألياف ن أيضا خصائص ميكانيكية ممتازة مثل معامل والفشل نقطة يونغ. استطاعت أن نعلق وتتكاثر مما يثبت بقاء الخلية جيدة الخلايا الليفية. على أساس الخصائص المذكورة أعلاه، يمكننا القول بقوة أن ألياف النانو المخلوطة البوليمرات الطبيعية والاصطناعية يمكن أن تمثل تطورا ممتازة من المواد المركبة التي يمكن استخدامها لالتطبيقات الطبية الحيوية المختلفة.
Introduction
يتم الاعتراف العزل الكهربائي كوسيلة السائد في تحقيق ألياف النانو بوليمر. يمكن أن تنتج الألياف على مقياس النانو وخصائص الألياف قابلة للتخصيص 1. وكانت هذه التطورات وخصائص ألياف النانو electrospun مثيرة للاهتمام خاصة بالنسبة للتطبيقات في الهندسة الطبية الحيوية وخاصة في هندسة الأنسجة. ألياف النانو electrospun تمتلك التشابه إلى المصفوفة خارج الخلية، وبالتالي تعزيز التصاق الخلية والهجرة وانتشار 2. ونتيجة لهذا التشابه إلى المصفوفة خارج الخلية (ECM) والألياف electrospun يمكن استخدامها كمواد للمساعدة في تضميد الجروح، وتسليم المخدرات، والأنسجة الهندسية مثل الكبد والعظام والقلب والعضلات 3.
وقد استخدمت مجموعة متنوعة من البوليمرات المختلفة المنشأ الاصطناعية والطبيعية لخلق الألياف electrospun لمختلف تطبيقات الهندسة الطبية (4). في الآونة الأخيرة كان هناك تزايد فيterest في تطوير ألياف النانو المركب عن طريق مزج الاصطناعية وبوليميرات طبيعية (4). في هذه التراكيب المنتجات النهائية يرث عادة القوة الميكانيكية المرتبطة البوليمر الاصطناعية بينما تبني أيضا الاشارات البيولوجية والخصائص من البوليمر الطبيعي.
في هذه التجربة، وتعرض PCL والكيراتين مثل البوليمرات الاصطناعية والطبيعية لاستخدامها في تركيب وألياف نانوية مركب. الكيراتين هو بوليمر الطبيعية التي وجدت في الشعر والصوف والأظافر. أنه يحتوي على العديد من بقايا الأحماض الأمينية. من مصلحة بارزة هي السيستين 4،5. من الناحية المثالية البوليمر التي تحدث بشكل طبيعي سيكون biorenewable، حيويا وقابلة للتحلل. الكيراتين تمتلك كل ثلاثة من هذه الخصائص في الوقت الذي تعزز أيضا تكاثر الخلايا والتعلق الحيوية قد أدرج في 6.
Polycaprolactone (PCL) هو البوليمر الاصطناعية resorbable التي هي كبيرة فيهندسة الأنسجة 4. وقد سبق أن أشاد هذا البوليمر لتحقيق الاستقرار الهيكلي والميكانيكي لها، ومع ذلك، فإنه يفتقر إلى تقارب الخلية ويسلك معدل تدهور طويلة. طبيعة مسعور من PCL هي على الأرجح المسؤولة عن عدم وجود خلية تقارب 7. ومع ذلك، PCL يعوض عن حدودها من خلال كونها غير قابلة للامتزاج للغاية مع البوليمرات الأخرى. وPCL / مركب قرنين وينبغي أن يبين الخصائص الميكانيكية للPCL وتتضمن الخصائص البيولوجية من الكيراتين، مما يجعلها خيارا مثاليا لمختلف التطبيقات الطبية الحيوية.
Protocol
Representative Results
Discussion
وقد تحقق استخراج الكيراتين من الشعر البشري بنجاح. حمض البيروكسي تصرفت باعتبارها عامل مؤكسد على شعرة الإنسان، والسماح للالكيراتين سيتم استخراجها من قاعدة تريس. كان إنتاج مسحوق قرنين على نطاق صغير يرجع ذلك إلى حقيقة أن تم القيام به فقط لأغراض البحث. وقد تم بالفعل تأسي?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
سيكون الكتاب أود أن أشكر مؤسسة الوطنية للعلوم من خلال مركز بحوث الهندسة لالحيوية المعدني ثورة في (ERC-0812348) وتقنية النانو الجامعية التعليم (EEC 1242139) لتمويل الدعم.
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 |
Riferimenti
- 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).
