Sintesi di nanofibre cheratina-based per Ingegneria Biomedica
Summary
nanofibre elettrofilate hanno una elevata area superficiale al rapporto di peso, eccellente integrità meccanica, e sostenere la crescita e la proliferazione cellulare. Questi nanofibre hanno una vasta gamma di applicazioni biomediche. Qui ci fabbrichiamo cheratina / nanofibre PCL, utilizzando la tecnica electrospinning, e caratterizzare le fibre per le possibili applicazioni in ingegneria dei tessuti.
Abstract
Electrospinning, grazie alla sua versatilità e potenziale per le applicazioni in vari campi, viene frequentemente utilizzato per fabbricare nanofibre. La produzione di queste nanofibre porosi è di grande interesse a causa delle loro proprietà fisico-chimiche uniche. Qui abbiamo approfondire la fabbricazione di cheratina contenente poli (ε-caprolattone) (PCL) nanofibre (ad esempio, PCL / cheratina fibre composite). L'acqua cheratina solubile è stato estratto da capelli umani e mescolato con PCL in diversi rapporti. La soluzione mista di PCL / cheratina è stato trasformato in membrane nanofibrous utilizzando un laboratorio progettato elettrospinning istituito. Fibra morfologia e le proprietà meccaniche del nanofibre ottenute sono state osservate e valutate utilizzando la microscopia elettronica a scansione e tester di trazione. Inoltre, degradabilità e chimiche del nanofibre sono stati studiati da FTIR. immagini SEM hanno mostrato morfologia superficiale uniforme per le fibre PCL / cheratina di composizioni diverse. Questi PCL / keratifibre n hanno mostrato eccellenti proprietà meccaniche come modulo di Young e fallimento point. fibroblasti sono stati in grado di collegare e proliferare in tal modo dimostrando buona vitalità cellulare. Sulla base delle caratteristiche di cui sopra, possiamo fortemente sostenere che le nanofibre miscelate di polimeri naturali e sintetici possono rappresentare un eccellente sviluppo di materiali compositi che possono essere utilizzati per diverse applicazioni biomediche.
Introduction
Electrospinning è riconosciuto come metodo prevalente di realizzare nanofibre polimeriche. Le fibre possono essere prodotte su nanoscala e le fibre sono personalizzabili 1. Questi sviluppi e le caratteristiche di nanofibre elettrofilate sono stati particolarmente interessanti per le loro applicazioni in Ingegneria Biomedica soprattutto in ingegneria dei tessuti. Le nanofibre elettrofilate presenta analogie con la matrice extracellulare e favorire in tal modo l'adesione cellulare, la migrazione e la proliferazione 2. A causa di questa somiglianza alla matrice extracellulare (ECM), fibre elettrofilate possono essere utilizzati come materiali per aiutare nella medicazione, somministrazione di farmaci, e per i tessuti tecnici come fegato, osso, cuore e muscolo 3.
Una varietà di diversi polimeri di origine sintetica e naturale sono stati utilizzati per creare fibre elettrofilate per le diverse applicazioni di ingegneria biomedica 4. Recentemente vi è stata in crescita inTERESSE nello sviluppo di nanofibre compositi miscelando sintetiche e polimeri naturali 4. In queste composizioni i prodotti finali tipicamente ereditano la resistenza meccanica associata con il polimero sintetico pur adottando spunti e proprietà biologiche dal polimero naturale.
In questo esperimento, PCL e cheratina sono presentati come i polimeri sintetici e naturali da utilizzare per la sintesi di un nanofibre composito. Cheratina è un polimero naturale che si trova nei capelli, lana e unghie. Esso contiene molti residui amminoacidici; Di notevole interesse è la cisteina 4,5. Idealmente un polimero naturale sarebbe biorenewable, biocompatibile e biodegradabile. Cheratina possiede tutte e tre queste caratteristiche ma anche di migliorare la proliferazione cellulare e l'attaccamento ai biomateriali è stato incorporato in 6.
Policaprolattone (PCL) è un polimero riassorbibile, sintetica che è significativo iningegneria dei tessuti 4. Questo polimero è stato precedentemente apprezzato per la sua stabilità strutturale e meccanica, tuttavia, manca affinità cellulare e presenta una velocità di degradazione lunga. La natura idrofoba di PCL è probabilmente responsabile per la mancanza di affinità cellule 7. Tuttavia, PCL compensa suoi limiti essendo altamente miscibile con altri polimeri. A PCL / composito cheratina dovrebbe dimostrare le proprietà meccaniche del PCL e incorporare le proprietà biologiche di cheratina, lo rende la scelta ideale per varie applicazioni biomediche.
Protocol
Representative Results
Discussion
Estrazione di cheratina da capelli umani è stato raggiunto con successo. L'acido peracetico agito come agente ossidante sui capelli umani, permettendo la cheratina da estrarre dal Tris Base. La produzione di polvere di cheratina era piccola scala a causa del fatto che è stato fatto soltanto per scopi di ricerca. Questa procedura è già stato stabilito nel settore per la produzione su larga scala. Lo scopo di estrarre la cheratina su piccola scala è stato quello di controllare la contaminazione, la variabilità d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano ringraziare National Science Foundation attraverso Ingegneria Centro di Ricerca per rivoluzionare metallici Biomateriali (ERC-0.812.348) e delle nanotecnologie Undergraduate Education (CEE 1.242.139) per il finanziamento di sostegno.
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 |
References
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