Síntesis de nanofibras a base de Queratina de Ingeniería Biomédica
Summary
nanofibras electrospun tienen un área superficial alta en relación al peso, excelente integridad mecánica, y apoyar el crecimiento y la proliferación celular. Estas nanofibras tienen una amplia gama de aplicaciones biomédicas. Aquí fabricamos queratina / nanofibras de PCL, utilizando la técnica de electrospinning, y caracterizar las fibras para posibles aplicaciones en ingeniería de tejidos.
Abstract
Electrospinning, debido a su versatilidad y potencial para aplicaciones en diversos campos, con frecuencia está siendo usado para fabricar nanofibras. La producción de estas nanofibras porosos es de gran interés debido a sus propiedades físico-químicas únicas. Aquí se elabora en la fabricación de queratina que contiene poli (ε-caprolactona) (PCL) nanofibras (es decir, compuesto de fibras PCL / queratina). queratina soluble de agua se extrajo primero de cabello humano y se mezcla con PCL en diferentes proporciones. La solución combinada de PCL / queratina se transformó en membranas nanofibras utilizando un electrospinning de laboratorio diseñado configurar. Se observaron morfología de la fibra y las propiedades mecánicas de la nanofibra obtenida y se miden usando microscopía electrónica de barrido y de ensayo de tracción. Por otra parte, degradabilidad y propiedades químicas de la nanofibra se estudiaron mediante FTIR. imágenes de SEM mostraron morfología de la superficie uniforme para las fibras de PCL / queratina de diferentes composiciones. Estos PCL / queratinocitosn fibras también mostraron excelentes propiedades mecánicas tales como el módulo de punto y el fracaso del joven. células de fibroblastos eran capaces de unirse y proliferar tanto, demostrando una buena viabilidad celular. Sobre la base de las características discutidas anteriormente, podemos argumentar fuertemente que las nanofibras de mezcla de polímeros naturales y sintéticos pueden representar un excelente desarrollo de materiales compuestos que se pueden utilizar para diferentes aplicaciones biomédicas.
Introduction
Electrospinning es reconocido como un método frecuente de conseguir nanofibras de polímeros. Las fibras pueden ser producidas en una escala nanométrica y de las propiedades de la fibra son adaptables 1. Estos desarrollos y las características de nanofibras electrohiladas han sido especialmente interesante por sus aplicaciones en la ingeniería biomédica especialmente en ingeniería de tejidos. Las nanofibras electrohiladas poseen similitudes con la matriz extracelular y por lo tanto promover la adhesión celular, la migración y la proliferación 2. Debido a esta similitud a la matriz extracelular (ECM), fibras electrohiladas se pueden utilizar como materiales para ayudar en vendaje para heridas, administración de fármacos, y para los tejidos de ingeniería, tales como el hígado, hueso, corazón, músculo y 3.
Una variedad de diferentes polímeros de origen sintético y natural se han utilizado para crear fibras electrohiladas para diferentes aplicaciones de ingeniería biomédica 4. Recientemente ha habido una creciente eninterés en el desarrollo de nanofibras de material compuesto mediante la mezcla de polímeros sintéticos y naturales 4. En estas composiciones los productos finales típicamente heredan la resistencia mecánica asociada con el polímero sintético a la vez que la adopción de las señales y las propiedades biológicas del polímero natural.
En este experimento, PCL y la queratina se presentan como los polímeros sintéticos y naturales a ser utilizados para la síntesis de una nanofibra compuesto. La queratina es un polímero natural que se encuentra en el pelo, la lana y las uñas. Contiene muchos residuos de aminoácidos; de notable interés es cisteína 4,5. Lo ideal es un polímero de origen natural sería biorenewable, biocompatible y biodegradable. Queratina posee los tres de estas características al tiempo que aumenta la proliferación celular y la adhesión a los biomateriales que se ha incorporado en 6.
La policaprolactona (PCL) es un polímero reabsorbible, sintético que es significativo enla ingeniería de tejidos 4. Este polímero previamente ha sido alabado por su estabilidad estructural y mecánica, sin embargo, carece de afinidad de células y exhibe una velocidad de degradación largo. La naturaleza hidrofóbica de PCL es probable responsable de la falta de afinidad celular 7. Sin embargo, PCL compensa sus limitaciones por ser altamente miscible con otros polímeros. Un PCL / compuesto de queratina debe demostrar las propiedades mecánicas de PCL e incorporar las propiedades biológicas de queratina, por lo que es una opción ideal para diversas aplicaciones biomédicas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Se logró la extracción de la queratina del cabello humano. El ácido peracético actuó como un agente oxidante en el cabello humano, lo que permite la queratina que se extrae por la Base Tris. La producción de polvo de queratina era pequeña escala debido al hecho de que sólo se hace con fines de investigación. Este procedimiento ya se ha establecido en la industria para la producción a gran escala. El propósito de extraer la queratina de pequeña escala era el control de la contaminación, la variabilidad del l…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a la Fundación Nacional de Ciencia a través del Centro de Investigación de Ingeniería de revolucionar Biomateriales metálicos (ERC-0812348) y Nanotecnología Licenciatura Educación (CEE 1.242.139) por su apoyo financiero.
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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