Electrospun Stapel Stellingen van Poly (glycerol-dodecanedioate) voor Engineering zenuwweefsel Van muis embryonale stamcellen
Summary
Synthese en de fabricage van electrospun lange vezels verspreid over een grotere storting gebied via een nieuw ontworpen verzamelaar uit een roman biologisch afbreekbaar polymeer genoemd poly (glycerol-dodecanoaat) (PGD) werd gemeld. De vezels waren in staat de groei van cellen afkomstig van muizen pluripotente stamcellen ondersteunen.
Abstract
Voor tissue engineering toepassingen, de bereiding van biologisch afbreekbaar en biocompatibel steigers is het meest wenselijk, maar uitdagende taak. Van de verschillende fabricagemethoden, electrospinning is het meest aantrekkelijk door zijn eenvoud en veelzijdigheid. Daarnaast electrospun nanovezels na te bootsen de omvang van de natuurlijke extracellulaire matrix zorgen voor extra ondersteuning voor de overleving en groei. Deze studie toonde de levensvatbaarheid van de vervaardiging van lange vezels verspreid over een groter stortterrein voor een nieuw biologisch afbreekbaar en biocompatibel polymeer genoemd poly (glycerol-dodecanoaat) (PGD) 1 met een nieuw ontworpen collector voor electrospinning. PGD vertoont unieke elastische eigenschappen met vergelijkbare mechanische eigenschappen aan zenuwweefsel, dus het is geschikt voor zenuwweefsel technische toepassingen. De synthese en fabricatie set-up voor het maken van vezelige steigermateriaal was eenvoudig, zeer reproduceerbaar, en goedkoop. In biocompatibiliteittesten, kunnen cellen uit muis embryonale stamcellen hechten aan en groeien op de electrospun PGD vezels. Kortom, dit protocol voorzien in een veelzijdige vervaardigingswerkwijze voor het vervaardigen PGD electrospun vezels om de groei van muis embryonale stamcellen afgeleide neurale stam cellen ondersteunen.
Introduction
Electrospinning is een van de effectieve verwerkingsmethoden micro naar nanometer vezel steigers produceren. Het basisprincipe van electrospinning omvat een Taylor kegel oplossing die bij de opening van de naald wordt vastgehouden door toepassing van hoge spanning tussen de punt van de naald en een geaarde collector. Wanneer de elektrostatische afstoting in de oplossing overwint de oppervlaktespanning, wordt een geladen fluïdumstraal uitgeworpen uit de naald tip, reizen door de lucht met oplosmiddel verdamping, en wordt uiteindelijk afgezet op de geaarde collector. De spuitpomp verschaft een continue stroom van de oplossing die uit de spindop en dus meerdere kopieën van de electrospun vezels kunnen worden vervaardigd binnen een korte tijd. Tijdens het verlaten van de spindop te komen tot de collector, zal de geladen jet ondergaan rekken en zweep volgens een aantal parameters die de viscositeit en oppervlaktespanning van de polymeeroplossing bevatten de elektrostatischc kracht in de oplossing, en de interactie van het externe elektrische veld, enz. 2.
In het elektrospinproces, een collector fungeert als een geleidend substraat waarbij het micro-naar nanometer vezels kunnen worden afgezet. In deze studie werd een nieuw type vezel collector is ontworpen om vezelmatten verkrijgen met de gewenste afmetingen (lengte x breedte). Traditioneel wordt aluminiumfolie als verzamelaar maar het is moeilijk om de vezels te brengen van het vlakke oppervlak naar het andere substraat. De moeilijkheid van het oogsten van een intacte vezel mat van een traditionele verzamelaar was voornamelijk te wijten aan het feit dat de electrospun vezels hechten sterk aan het oppervlak van de collector's. Daarom pasten we de collector door het vouwen van een stuk aluminiumfolie in een rechthoekige strook en het bevestigen van het loodrecht op een vlakke metalen plaat. De electrospun vezels zijn uitgerekt over het gebied tussen het uiteinde van de strip en de metalen plaat, die gemakkelijk kunnen worden overgedragen naar andere Substrate.
Interesse in thermisch verknoopte elastomeerpolymeren groeit snel vanwege het baanbrekende werk van Robert Langer's groep, die poly (glycerol sebacaat) (PGS), een polyester dat analoog is aan gevulkaniseerd rubber in 2002 3. Net als bij PGS geïntroduceerd, hebben we met succes poly (glycerol-dodecanoaat) (PGD) door thermische condensatie van glycerol en dodecaandizuur en toonde haar unieke vormgeheugen eigendom 1. Unlike stijvere kunststoffen poly (hydroxy butyraat) of poly (L-lactide) (Young's modulus van 250 MPa en 660 MPa, respectievelijk), PGD vertoont elastomere eigenschap rubber, met een Young's modulus van 1,08 MPa bij een temperatuur boven 37 ° C, hetgeen een goede overeenkomst met de in-situ perifere zenuwen (0,45 MPa). Bovendien PGD is biologisch afbreekbaar en degradatietijd kan worden afgestemd door het variëren van de verhouding van glycerol en dodecaandizuur. Dodecaandizuur is een twaalf-carbon subhouding met twee eindstandige carboxylgroepen, HOOC (CH2) 10 COOH. Zelfs genummerde dicarbonzuren zoals sebacinezuur en dodecaandizuur kunnen worden gemetaboliseerd tot acetyl-CoA en voer de citroenzuur (TCA) / (citroenzuur) cyclus. De metaboliet van dicarbonzuren, succinyl-CoA, een gluconeogenetic precursor en tussentijdse TCA cyclus 4. Dus sommige studies gesuggereerd dat ze kunnen worden gebruikt als alternatieve brandstof substraat voor enterale en parenterale voeding, met name in de pathologische omstandigheden. Bovendien PGD vertoont unieke vormgeheugen omdat de glasovergangstemperatuur 31 ° C, waardoor toont verschillende mechanische eigenschappen bij kamertemperatuur en bij lichaamstemperatuur. Kortom, PGD is biologisch afbreekbaar, biocompatibel, vertonen unieke elastische eigenschappen met mechanische eigenschappen vergelijkbaar met zenuwweefsel; Daarom is een geschikt materiaal voor zenuwweefsel technische toepassingen. In dit protocol, de electrospunlange vezels verspreid over een grote storting gebied werden gefabriceerd via de nieuw ontworpen collector van PGD. De vezel steigers kan de groei en differentiatie muis pluripotente stamcellen te ondersteunen.
Protocol
Representative Results
Discussion
De beperkingen van collectoren of de complexiteit van roterende verzamelaars die momenteel worden gebruikt voor elektrospinning verhogen de beperking van het verkrijgen van de gewenste lengte en grootte vezelmat voor sommige toepassingen. Bovendien, het overbrengen van vezels van de grond collector naar de cultuur schotel of andere substraten is een uitdaging 5. In dit verslag, een nieuw ontworpen verzamelaar eenvoudig gemaakt door het aanbrengen van een aluminium foliebaan de geaarde collector, kon vergroot …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd uitgevoerd met behulp van de faciliteiten van de faculteit Biomedische Technologie aan de Florida International University.
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 |
References
- 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).
