Elektro Faser-Gerüste von Poly (Glycerin-dodecandioat) für Ingenieurnervengewebe aus embryonalen Stammzellen der Maus
Summary
Synthese und Herstellung von elektro langen Fasern sich über eine größere Ablagefläche über einen neu gestalteten Sammler aus einem neuartigen biologisch abbaubaren Polymer namens Poly (Glycerin-Dodecanoat) (PGD) wurde berichtet. Die Fasern waren in der Lage, das Wachstum von pluripotenten Zellen aus Maus-Stammzellen zu unterstützen.
Abstract
Für Tissue-Engineering-Anwendungen ist die Herstellung von biologisch abbaubaren und biokompatiblen Stützgerüste der wünschenswerteste aber schwierige Aufgabe. Von den verschiedenen Herstellungsverfahren, ist die Elektro attraktiv wegen ihrer Einfachheit und Vielseitigkeit. Zusätzlich elektrogesponnene Nano imitieren die Größe der natürlichen extrazellulären Matrix gewährleistet zusätzliche Unterstützung für das Überleben der Zelle und Wachstum. Diese Studie zeigte, die Lebensfähigkeit der Herstellung von Langfasern sich über eine größere Ablagefläche für eine neuartige biologisch abbaubare und biokompatible Polymer namens Poly (Glycerin-Dodecanoat) (PGD) 1 unter Verwendung einer neu entwickelten Kollektor für Elektro. PID zeigt einzigartige elastischen Eigenschaften mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften von Nervengewebe, somit geeignet für neuronale Gewebe-Engineering-Anwendungen ist es. Die Synthese und Herstellung Set-up für die Herstellung von Fasergerüstmaterial war einfach, sehr gut reproduzierbar und kostengünstig. BiokompatibilitätTests könnten Zellen aus embryonalen Stammzellen der Maus abgeleitet zu haften und wachsen an den elektro PGD Fasern. Zusammenfassend dieses Protokoll ein vielseitiger Herstellungsverfahren für die Herstellung von PGD elektrogesponnenen Fasern um das Wachstum von embryonalen Maus-Stammzellen abgeleitete neuronale Linie Zellen unterstützen.
Introduction
Elektrospinnen ist eine der wirksamsten Methoden, um die Verarbeitung der Mikro-zur Nanometer-Größe Fasergerüste herzustellen. Das Grundprinzip der Elektro beinhaltet eine Taylor-Konus der Lösung, die an der Öffnung der Nadel durch Anlegen einer Hochspannung zwischen der Nadelspitze und einem geerdeten Kollektor gehalten wird. Wenn die elektrostatische Abstoßung in der Lösung überwindet die Oberflächenspannung, wird eine geladene Flüssigkeitsstrahl von der Nadelspitze ausgestoßen wird, durch die Luft mit Lösungsmittelverdampfung, und wird schließlich auf der geerdeten Kollektor abgeschieden. Die Spritzenpumpe stellt einen kontinuierlichen Fluss von Lösung aus der Spinndüse austretende und damit mehrere Kopien der elektrogesponnenen Fasern in kurzer Zeit hergestellt werden. Im Verlauf Verlassen der Spinndüse zu dem Kollektor zu gelangen, wird der geladene Strahl durchlaufen Dehnung und Schlag nach einer Anzahl von Parametern, die die Viskosität und die Oberflächenspannung der Polymerlösung enthalten, die elektrostac Kraft in der Lösung, und die Wechselwirkung des externen elektrischen Feldes, usw. 2.
In der Elektrospinnverfahren dient ein Sammler als ein leitfähiges Substrat, wo die Mikro-bis Nanometer-Fasern abgelagert werden könnte. In dieser Studie wurde eine neue Art von Fasersammler wurde entwickelt, um Fasermatten mit der gewünschten Größe (Länge x Breite) zu erhalten. Traditionell wird die Aluminiumfolie als Kollektor verwendet, aber es ist schwierig, die Fasern von der flachen Oberfläche an ein anderes Substrat zu übertragen. Die Schwierigkeiten bei der Ernte eine intakte Fasermatte von einem traditionellen Sammler war vor allem aufgrund der Tatsache, dass die elektrogesponnenen Fasern legen stark an die Sammler-Oberfläche. Daher modifizierten wir die Sammler durch Falten ein Stück Aluminiumfolie zu einem rechteckigen Streifen und Befestigung senkrecht zu einer flachen Metallplatte. Die elektrogesponnenen Fasern in dem Bereich zwischen der Spitze des Streifens und der Metallplatte, die leicht auf einen anderen übertragen werden können substrat gestrecktE.
Das Interesse an thermisch vernetzten elastomeren Polymeren wächst schnell, weil der Pionierarbeit von Robert Langer-Gruppe, die Poly (Glycerin Sebacat) (PGS), ein Polyester, der analog zu vulkanisierten Kautschuks in 2002 3. Ähnlich PGS eingeführt wurde, haben wir erfolgreich entwickelt Poly (Glycerin-Dodecanoat) (PID) durch thermische Kondensation von Glycerin und Dodecandisäure und demonstriert seine einzigartige Formgedächtniseigenschaft ein. Im Gegensatz zu steiferen synthetischen Materialien Poly (Hydroxybutyrat) oder Poly (L-lactid) (Young-Modul von 250 MPa und 660 MPa) aufweist PGD elastomere Eigenschaft wie Gummi, mit einem Young-Modul von 1,08 MPa, wenn die Temperatur über 37 ° ist C, die eine enge Übereinstimmung mit der in-situ peripheren Nerven (0,45 MPa) ist. Darüber hinaus ist die PID biologisch abbaubar und die Abbauzeit kann durch Variation des Verhältnisses von Glycerin und Dodecandisäure fein abgestimmt werden. Dodecandisäure ist ein Zwölf-Kohlenstoff-UnterPosition mit zwei endständigen Carboxygruppen, HOOC (CH 2) 10 COOH. Auch nummeriert Dicarbonsäuren wie Sebacinsäure und Dodecandisäure kann metabolisiert werden zu Acetyl-CoA und geben Sie den Tricarbonsäurezyklus (TCA) / (Zitronensäure-Zyklus). Das Stoffwechselprodukt von Dicarbonsäuren, Succinyl-CoA, ein gluconeogenetischen Vorläufer und Zwischen der TCA-Zyklus 4. So schlugen einige Studien, dass sie als alternativer Kraftstoff Substrat für die enterale und parenterale Ernährung, insbesondere bei der pathologischen Bedingungen verwendet werden. Außerdem weist eindeutige PID Formgedächtnis weil ihre Glasübergangstemperatur 31 ° C, so zeigt es verschiedene mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur und Körpertemperatur. In der Summe ist die PID biologisch abbaubare, biokompatible, Ausstellen einzigartigen elastischen Eigenschaften mit ähnlichen Nervengewebe mechanische Eigenschaften; Daher ist es ein geeignetes Material für Nervengewebe Technik. In diesem Protokoll wird die elektrolange Fasern überspannt eine große Ablagefläche wurden über die neu gestalteten Sammler aus PGD hergestellt. Die Fasergerüste können mit der Maus pluripotente Stammzellen Wachstum und die Differenzierung zu unterstützen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Grenzen der einfachen Kollektoren oder die Komplexität der Drehkollektoren, die derzeit zum Elektro erhöhen die Beschränkung der Erhalt der gewünschten Länge und Größe der Fasermatte für einige Anwendungen verwendet werden. Zusätzlich Übertragen Fasern aus dem Erdkollektor in die Kulturschale oder anderen Substraten 5 ist eine Herausforderung. In diesem Bericht wird ein neu gestalteten Sammler, durch das Hinzufügen einer Aluminiumfolienstreifen mit der geerdeten Kollektor hergestellt, konnte di…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde mit den Einrichtungen des Biomedical Engineering Department an der Florida International University durchgeführt.
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 |
Referências
- 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).
