Syntese av Keratin-baserte nanofiber for Biomedical Engineering

Summary

Elektrospunnede nanofibers har et stort overflateareal i forhold til vekt, god mekanisk integritet, og understøtte cellevekst og proliferasjon. Disse nanofibers har et bredt spekter av biomedisinske anvendelser. Her dikte vi keratin / PCL nanofibers, ved hjelp av electro teknikk, og karakteriserer fibrene for mulige anvendelser i tissue engineering.

Abstract

Elektrospinning, på grunn av sin fleksibilitet og muligheter for anvendelser på forskjellige områder, blir ofte brukt for å fremstille nanofibers. Produksjonen av disse porøse nanofibers er av stor interesse på grunn av deres unike fysio egenskaper. Her rede vi på fabrikasjon av keratin inneholdende poly (ε-kaprolakton) (PCL) nanofibers (dvs. PCL / keratin fibersammensatte). Vannoppløselige keratin ble først ekstrahert fra humant hår og blandet med PCL i forskjellige forhold. Den blandede løsning av PCL / keratin ble forvandlet til nanofibrous membraner ved hjelp av et laboratorium designet electro satt opp. Fiber morfologi og mekaniske egenskaper av det oppnådde nanofiber ble observert og målt ved hjelp av scanning elektronmikroskopi og strekk-tester. Videre ble nedbrytbarhet og kjemiske egenskaper til nanofiber studert ved FTIR. SEM bilder viste jevn overflatemorfologi av PCL / keratin fibre av forskjellige sammensetninger. Disse PCL / keratin fibre viste også gode mekaniske egenskaper som Youngs modul og fiasko punkt. Fibroblast celler var i stand til å feste og sprer dermed beviser god celle levedyktighet. Basert på egenskapene som er diskutert ovenfor, kan vi sterkt hevde at de blandede nanofibers av naturlige og syntetiske polymerer kan representere en god utvikling av komposittmaterialer som kan brukes for forskjellige biomedisinske anvendelser.

Introduction

Electro er anerkjent som en utbredt metode for å oppnå polymer nanofibers. Fibrene kan produseres på et nanoskala og fiberegenskaper kan tilpasses ^en. Denne utviklingen og hva som kjennetegner elektrospunnede nanofibers har vært spesielt interessant for sine applikasjoner i biomedisinsk teknikk, spesielt i tissue engineering. De elektrospunnede nanofibers har likheter med den ekstracellulære matrise og dermed fremme celle adhesjon, migrasjon og spredning ^2. På grunn av denne likheten til den ekstracellulære matriks (ECM), kan elektrospunnede fibrene bli benyttet som materialer for å bistå i sårforbindinger, medikamentavgivelse, og for tekniske vev som lever, ben, hjerte, muskel og ^tre.

En rekke forskjellige polymerer av syntetisk og naturlig opprinnelse er blitt brukt til å lage elektrospunnede fibre for forskjellige biomedisinske tekniske anvendelser ^4. Nylig har det vært økende iinteresse i utviklingen av kompositt nanofibers ved å blande syntetiske og naturlige polymerer ^4. I disse preparater sluttproduktene vanligvis arve den mekaniske styrke i forbindelse med den syntetiske polymer og samtidig innta biologiske signaler og egenskaper fra den naturlige polymer.

I dette eksperimentet blir PCL og keratin presentert som de syntetiske og naturlige polymerer som skal brukes for syntese av en kompositt nanofiber. Keratin er en naturlig polymer som er funnet i hår, ull og negler. Den inneholder flere aminosyrerester; av bemerkelsesverdige interesse er cystein ^4,5. Ideelt en naturlig forekommende polymer som ville være biorenewable, biokompatible og biologisk nedbrytbare. Keratin besitter alle tre av disse egenskapene samtidig styrke celleproliferasjon og vedlegg til biomaterialer det har blitt innlemmet i ^seks.

Polykaprolakton (PCL) er en absorberbare, syntetisk polymer som er betydelig itissue engineering ^fire. Denne polymer har tidligere blitt rost for sin strukturelle og mekanisk stabilitet, men det mangler celle tilhørighet og viser en langvarig nedbrytningshastigheten. Den hydrofobe natur av PCL er sannsynligvis ansvarlig for mangelen på affinitet cellen ^7. Men gjør PCL opp for sine begrensninger ved å være svært blandes med andre polymerer. En PCL / keratin kompositt bør vise de mekaniske egenskapene til PCL og innlemme de biologiske egenskaper av keratin, noe som gjør det til et ideelt valg for ulike biomedisinske applikasjoner.

Protocol

Alle protokollen følger retningslinjene fra North Carolina A & T State University Office of Forskning Compliance og etikk. 1. Kjemisk Forberedelse til Keratin Extraction 4 For å fremstille 1000 ml 2% vekt / vol pereddiksyre oppløsning (PAS), under en avtrekkshette tilsettes 20 ml av pereddiksyre til 980 ml avionisert (DI) vann. For å forberede 1000 ml 100 mM Tris-base-løsning (TBS), tilsett 12,2 g Tris Base til 1000 ml DI vann og rør til det er helt oppløst. F…

Representative Results

fiber Morfologi SEM bilder av fibrene ble oppnådd for alle fiberblandinger. Se figur 3. Fiber bilde bekrefter at fibrene er tilfeldig orientert. mekanisk testing Mekanisk sterke fibre er vanligvis nødvendig for forskjellige vev tekniske anvendelser. Disse fibrene bør beholde tilstrekkelig styrke og fleksibilitet under visse stress og …

Discussion

Utvinning av keratin fra menneskehår ble vellykket oppnådd. Pereddiksyre fungerte som et oksidasjonsmiddel i menneskehår, slik at keratin som skal trekkes ut av Tris-base. Produksjonen av keratin pulver var liten skala på grunn av det faktum at det ble bare gjort for forskningsformål. Denne prosedyren er allerede etablert i bransjen for storskala produksjon. Hensikten med å trekke ut småskala keratin var å kontrollere forurensning, batch variasjon, og kostnadseffektivitet.

Keratin ut…

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