המצאה של ננוצלולוז בקטריאלי המגנטי פונקציונלי עם חלקיקים של תחמוצת ברזל
Summary
Here, we present a protocol to make a bacterial nanocellulose (BNC) magnetic for applications in damaged blood vessel reconstruction. The BNC was synthesized by G. xylinus strain. On the other hand, magnetization of the BNC was realized through in situ precipitation of Fe2+ and Fe3+ ferrous ions inside the BNC mesh.
Abstract
במחקר זה, ננוצלולוז בקטריאלי (BNC) המיוצר על ידי חיידקים xylinus Gluconacetobacter הוא מסונתז ועיבר באתרו עם חלקיקי תחמוצת ברזל (IONP) (Fe 3 O 4) להניב ננוצלולוז חיידקי מגנטי (MBNC). הסינתזה של MBNC היא תהליך מדויק שתוכנן במיוחד רבי שלבים. בקצרה, ננוצלולוז בקטריאלי (BNC) pellicles נוצרות נשמר G. xylinus זן בהתאם לדרישות של גודל ומורפולוגיה הניסוי שלנו. פתרון של ברזל (III) כלוריד hexahydrate (FeCl 3 · 6H 2 O) וברזל tetrahydrate כלוריד (II) (FeCl 2 · 4H 2 O) עם 2: יחס טוחנת 1 ערוכה מדולל במים טוהר גבוהה deoxygenated. קרומי BNC הוא הציג אז את הספינה עם המגיבים. תערובת זו היא זע מחוממת על 80 מעלות צלזיוס באמבט שמן סיליקון אמוניום הידרוקסיד (14%) הוא הוסיף אז על ידי הטלה כדי לזרז אתברזלי יונים לתוך רשת BNC. השלב אחרון זה מאפשר להרכיב חלקיקי מגנטיט באתרו (Fe 3 O 4) בתוך רשת ננוצלולוז חיידקים להעניק תכונות מגנטיות כדי קרומי BNC. Assay טוקסיקולוגית שמש כדי להעריך את ההתאמה הביולוגית של קרומי BNC-IONP. פוליאתילן גליקול (PEG) שימש לכיסוי IONPs על מנת לשפר biocompatibility שלהם. תמונות במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) הראה כי IONP אותרו מועדף של סיבית Interlaced ל- Progressive רווחים של מטריקס BNC, אבל חלק מהם נמצאו גם לאורך סרטים BNC. מדידות מיקרוסקופ כוח מגנטיות שבוצעו על MBNC זיהו את התחומים מגנטיים הנוכחות עם שדה מגנטי בעצמה גבוהה וחלש, המאשר את הטבע המגנטי של קרומי MBNC. ערכי מודול יאנג שהושגו בעבודה זו הם גם בהסכם סביר עם אלו שדווחו במשך כמה כלי דם במחקרים קודמים.
Introduction
ננוצלולוז bacterian (BNC) מסונתז על ידי זן xylinum Acetobacter, הידוע גם בשם Gluconacetobacter xylinus, והפקידו בצורת סרטים או pellicles על ממשק-נוזלי אוויר במהלך התרבות נייח. Pellicles BNC אלה לאמץ את צורת המיכל שבו הם גדלו, ועובי שלהם תלוי במספר ימים בתרבות. א xylinus משתמשת גלוקוז בטווח הבינוני לסינתזה של מיקרופיברילות התאית באמצעות תהליך של פילמור וגיבוש שלאחר מכן. פילמור של שאריות גלוקוז מתבצע על הקרום התא החיידקים שבו שרשרות גלוקן נמתחות מנקבוביות יחידה מפוזר על פני מעטפת התא. ההתגבשות של תאית מיקרופיברילות מתרחשת במרחב התאי עם הקמתה של גיליונות שרשרת גלוקן ידי מליטה ואן דר ואלס ואחריו לערום של הסדינים על ידי H-מליטת 1.
מַגנֵטחלקיקים ic משולב למטריצה BNC ניתן להשפיע בקלות על ידי שדה מגנטי חיצוני על מנת להגדיל את הכוח הדרוש כדי לכוון ולרכז תאי שריר חלק (SMCs) המכיל חלקיקים מגנטיים, באתר פגום של דופן העורק. אסטרטגיה זו שומרת על SMCs משם מרקמות אחרות, ומחזיק את התאים במקום נגד הכוח המופעל על ידי זרימת הדם. הוכח כי SMCs ממלאים תפקיד חשוב vasoelasticity של כלי הדם, שם הם יוצרים שכבות בשפע הממוקמים ברובם באזורי Tunica התקשורת 2.
השיטה לסינתזה של MBNC כרוך קרומית BNC שקוע ובחש בתמיסה של ברזל (III) כלוריד hexahydrate וברזל (II) כלוריד tetrahydrate על 80 מעלות צלזיוס. אמוניום הידרוקסיד מתווסף ליצור חלקיקי תחמוצת ברזל בתוך רשת BNC. התוספת של אמוניום הידרוקסיד משנה את הצבע של הפתרון מכתום לשחור. קומפקטית IONPs יחד לאורך ליפון BNCים עם חלוקה לא אחידה.
פרוטוקול זה מתמקד בעיצוב של קרומי nanoparticle ננוצלולוז-מגנטי בקטריאלי, אשר יש לנו בשם ננוצלולוז חיידקי מגנטי (MBNC), אשר נועד לשימוש כתחליף כלי דם קטן בקוטר חסר, פגום או פצוע. HS בארוד ועמיתים לעבודה פרסמו לאחרונה עבודה דומה כדי לייצר נייר מגנטי גמיש מבוסס BNC ידי ערבוב pellicles BNC בתוך פיזור מימי יציב של PEG ו -3 חלקיקי תחמוצת ברזל פאראמגנטי. כאן, אנו מתארים את הייצור של תאית חיידקי הספגה שלה באתרו עם חלקיקים מגנטיים. Assay cytotoxicity מבוסס על זיהוי של הפסקות גדיל בודד DNA שימש כדי לבדוק את biocompatibility של pellicles BNC ו MBNC.
Protocol
Representative Results
Discussion
העובי והגודל של קרומי BNC ניתן להשפיע בקלות על ידי שינוי זמן דגירה ואת הגודל של הבקבוק שבו הוא גדל במהלך טיפוח סטטי. Microproperties של BNC, כגון נקבוביות, ניתן לשנות על ידי שינוי יחס חמצן בתרבות סטטי. ריכוזי חמצן גבוהים יותר מניבות קשים BNC 11. א בודן ועמיתים לעבודה מיוצרי…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded by Department of Defense under contract No. W81XWH-11-2-0067
Materials
| Glucoacetobacter Xylinus | ATCC | 700178 | |
| Agar | Sigma Aldrich | A1296-500G | |
| D-Mannitol Bioxtra | Sigma Aldrich | M9546-250G | |
| Yeast Extract | BD Biosciences | 212750 | |
| Bacteriological Peptone | Sigma Aldrich | P0556 | |
| Sodium Hydroxide, 50% Solution In Water | Sigma Aldrich | 158127-100G | |
| Iron(III) Chloride Hexahydrate | Sigma Aldrich | 236489-100G | |
| Ammonium Hydroxide | Macron Fine Chemicals | 6665-46 | |
| Poly(Ethylene Glycol), Average Mn 400 | Sigma Aldrich | 202398-250G | |
| Iron (II) chloride tetrahydrate | Sigma Aldrich | 44939-250G | |
| Disposable petri dish | Sigma Aldrich | BR452000 | |
| Disposable Inoculating Loop | Fisher Scientific | 22-363-604 | |
| Anhydrous Calcium Sulfate | W.A. Hammond Drierite | 13001 | |
| High vacuum grease | Sigma Aldrich | Z273554-1EA | |
| Laboratory pipetting needle with 90° blunt ends | Sigma Aldrich | CAD7937-12EA | |
| pH test strips | Sigma Aldrich | P4786-100EA | |
| Round-bottom three neck angle type distilling flask | Sigma-Aldrich | CLS4965250 | |
| Silicone oil for oil baths | Sigma-Aldrich | 85409-250ML | |
| Drying Tube | Chemglass | CG-1295-01 | |
| Septum Stopper, Sleeve Type | Chemglass | CG-3022-98 | |
| Magnetic stir bar | Chemglass | CG-2001-05 | |
| Condenser | Chemglass | CG-1218-01 | |
| Temperature Controller | BriskHeat | SDC120JC-A | |
| Stirring Hotplate | Fisher Scientific | 11-100-49SH | |
| Comet Assay Kit | Trevigen | 4250-050-K | |
| SYBR Gold Nucleic Acid Gel Stain | Life Technologies | S-11494 | |
| bio-AFM | JPK Instruments | NanoWizard 4a BioScience AFM | |
| Nanoindenter | Micro Materials Ltd | Multi-module mechanical tester | |
| Scanning electron microscopy (SEM) | Hitachi High Technologies America | Hitachi S-4800 | |
References
- Saxena, I. M., Brown, R. M. Biosynthesis of bacterial cellulose. Bacterial Nanocellulose: A Sophisticated Multifunctional Material. , 1-18 (2012).
- Chan-Park, M. B., Shen, J. Y. Biomimetic control of vascular smooth muscle cell morphology and phenotype for functional tissue-engineered small-diameter blood vessels. J.Biomed.Mater.Res.A. 88, 1104-1121 (2009).
- Barud, H. S., et al. Biocellulose-based flexible magnetic paper. J. Appl. Phys. 117, (2015).
- Märtson, M., Viljanto, J., Hurme, T., Laippala, P., Saukko, P. Is cellulose sponge degradable or stable as implantation material? An in vivo subcutaneous study in the rat. Biomaterials. 20, 1989 (1999).
- Illésa, E., Tombácza, E., Szekeresa, M., Tótha, I., Szabób, &. #. 1. 9. 3. ;., Iván, B. Novel carboxylated PEG-coating on magnetite nanoparticles designed for biomedical applications. J. Magn. Magn. Mater. 380, 132 (2015).
- Torrisi, V., et al. Preventing corona effects: multiphosphonic acid poly(ethylene glycol) copolymers for stable stealth iron oxide nanoparticles. Biomacromolecules. 15, 3171 (2014).
- Cai, Z., Kim, J. Bacterial cellulose/poly(ethylene glycol) composite: characterization and first evaluation of biocompatibility. Cellulose. 17, 83 (2010).
- Wu, W., He, Q., Jiang, C. Magnetic iron oxide nanoparticles: synthesis and surface functionalization strategies. Nanoscale Res. Lett. 3, 397-415 (2009).
- Ulbricht, J., Jordan, R., Luxenhofer, R. On the biodegradability of polyethylene glycol, polypeptoids and poly (2-oxazoline)s. Biomaterials. 35, 4848 (2014).
- Azqueta, A., Collins, A. R. The essential comet assay: a comprehensive guide to measuring DNA damage and repair. Arch. Toxicol. 87 (6), 949-968 (2013).
- Scherner, M., et al. In vivo application of tissue-engineered blood vessels of bacterial cellulose as small arterial substitutes: proof of concept. J. Surg. Res. 189, 340 (2014).
- Bodin, A., et al. Influence of cultivation conditions on mechanical and morphological properties of bacterial cellulose tubes. Biotechnol Bioeng. 97, 425 (2007).
- Zaborowska, M., et al. Microporous bacterial cellulose as a potential scaffold for bone regeneration. Acta Biomaterialia. 6, 2540 (2010).
- Karimi, A., et al. A comparative study on the mechanical properties of the umbilical vein and umbilical artery under uniaxial loading. Artery Res. 8, 51 (2014).
- Lina, F., Ping, Z., Shengmin, Z., Guang, Y. Evaluation of bacterial nanocellulose-based uniform wound dressing for large area skin transplantation. Mater. Sci. Eng. C. 33, 2995 (2013).
- Olsson, R. T., et al. Making flexible magnetic aerogels and stiff magnetic nanopaper using cellulose nanofibrils as templates. Nature Nanotech. 5 (8), 584-588 (2010).
- Torre, B., et al. Magnetic force microscopy and energy loss imaging of superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Sci. Rep. 1 (202), 1-8 (2011).
