Biyomedikal Mühendisliği için keratin bazlı nanofiber sentezi
Summary
Electrospun nanolifler oranı, mükemmel mekanik bütünlüğü ağırlığı ve hücre büyümesi ve çoğalması desteklemek için yüksek bir yüzey alanı vardır. Bu nanolifler biyomedikal uygulamalarda geniş bir yelpazesi var. Burada Elektrospinning tekniği kullanılarak, keratin / PCL nanolifler imal ve doku mühendisliğinde olası uygulamalar için lifleri karakterize.
Abstract
çeşitli alanlarda uygulama için çok yönlülüğü ve potansiyel nedeniyle Elektrospinning, sık sık nanolifler imal etmek için kullanılmaktadır. Bu gözenekli nanolifler üretimi nedeniyle eşsiz fizikokimyasal özellikleri büyük ilgi olduğunu. Burada poli (ε-kaprolakton) içeren keratin (PCL) nanolifler (yani, PCL / keratin kompozit lif) imalatı üzerinde durmak. Suda çözünür, keratin, ilk insan saç elde edilir ve farklı oranlarda PCL ile karıştırıldı. PCL / keratin harmanlanmış çözüm kurmak laboratuvar tasarlanmış elektrospinning kullanarak nanofibröz membranların dönüştürüldü. Elyaf morfolojisi ve elde edilen nano mekanik özellikleri gözlenmiştir ve tarama elektron mikroskobu ve gerilme deney cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Ayrıca, nanofiber ve nitelik kaybı ve kimyasal özellikleri FTIR ile incelenmiştir. SEM görüntüleri farklı bileşimlerin PCL / keratin lifleri için üniform yüzey morfolojisi gösterdi. Bu PCL / keratinositlerdenn, lifler, Young modülü ve kırılma noktası olarak mükemmel mekanik özellikler göstermiştir. Fibroblast hücreleri eklemek ve iyi hücre canlılığı kanıtlayan böylece çoğalmaya başardık. Yukarıda tartışılan özelliklere dayanarak, şiddetle doğal ve sentetik polimerlerin harmanlanmış nanolifler farklı biyomedikal uygulamalarda kullanılabilir kompozit malzemelerin mükemmel bir gelişmeyi temsil edebilir söylenebilir.
Introduction
Elektrospinning polimer nanolifler ulaşmanın bir yaygın yöntem olarak kabul edilmektedir. Lifler, bir nano üzerinde üretilebilir ve lif özellikleri 1 özelleştirilebilir. Bu gelişmeler ve electrospun nanoliflerden özellikleri özellikle doku mühendisliği biyomedikal mühendisliği uygulamaları için özellikle ilginç olmuştur. Electrospun nanolifler ekstraselüler matriks benzerlikler sahip ve böylece hücre yapışmasını, göç ve çoğalmasını 2 teşvik eder. Nedeniyle hücre dışı matrisin (ECM) Bu benzerlik, electrospun elyaf yara sargıları, ilaç uygulama yardımcı maddeler olarak kullanılabilir ve böyle karaciğer, kemik, kalp, kas 3 mühendislik dokularının.
Sentetik ve doğal kökenli çeşitli polimerler arasında çeşitli farklı biyomedikal mühendislik uygulamaları 4 electrospun lifleri oluşturmak için kullanılmıştır. Son zamanlarda orada artmaktadırsentetik ve doğal polimerleri 4 harmanlayarak kompozit nano geliştirilmesinde menfaati arasında fark. Bu kompozisyonlarda nihai ürünler genellikle doğal polimerden biyolojik işaretler ve özellikleri benimseyerek sentetik polimer ile ilişkili mekanik mukavemet devralır.
sentetik ve doğal polimerler, karma bir nano sentezi için kullanılmak üzere, bu deneyde, PCL keratin sunulmaktadır. Saç, yün ve çivi bulunan doğal bir polimerdir. Birçok amino asit kalıntıları içerir, önemli ilgi sistein 4,5 olduğunu. İdeal olarak, doğal olarak oluşan bir polimer, biorenewable bir biyouyumlu ve biyobozunur olacaktır. Ayrıca 6'da dahil edilmiştir Biyomalzemelere hücre çoğalmasını ve eki geliştirirken Keratin bu özellikleri her üç sahiptir.
Polikaprolakton (PCL) önemli olan bir emilebilir sentetik bir polimerdirdoku mühendisliği 4.. Bu polimer daha önce yapısal ve mekanik stabilite için takdir edilmiştir, ancak, bu, hücre afinitesine sahip değildir ve uzun bir bozulma oranı gösterir. PCL hidrofobik yapısı hücresi afinite 7 olmaması için olası sorumludur. Ancak, PCL diğer polimerler ile son derece karışabilir kalarak kendi sınırlamaları için yapar. Bir PCL / keratin kompozit PCL mekanik özelliklerini göstermek ve çeşitli biyomedikal uygulamalar için ideal bir seçim yapma, keratin biyolojik özelliklerini içermelidir.
Protocol
Representative Results
Discussion
insan saç keratin çıkarımı başarıyla gerçekleştirilmiştir. perasetik asit, keratin Tris bazı ile ekstre sağlayan, bir saç telinin bir oksitleyici madde olarak vermiştir. keratin tozu üretimi nedeniyle sadece araştırma amaçlı yapıldığını gerçeğine küçük ölçekli oldu. Bu prosedür, zaten büyük ölçekli üretim için endüstri kurulmuştur. küçük ölçekli keratin çıkarma amacı kirlenmesini, toplu değişkenliği ve maliyet etkinliğini kontrol etmek oldu.
<p class="jove_content"…Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar destek finansmanı için devrim Metalik Biyomalzemeler için Mühendisliği Araştırma Merkezi (ERC-0812348) ve Nanoteknoloji Lisans Eğitim (AET 1242139) aracılığıyla Ulusal Bilim Vakfı teşekkür etmek istiyorum.
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).
