Synthèse de nanofibres à base de kératine de génie biomédical
Summary
nanofibres de électrofilées ont une grande surface au rapport de poids, une excellente intégrité mécanique, et de soutenir la croissance et la prolifération cellulaire. Ces nanofibres ont un large éventail d'applications biomédicales. Ici, nous fabriquons kératiniques / nanofibres PCL, en utilisant la technique d'électrofilage, et de caractériser les fibres pour des applications possibles dans l'ingénierie tissulaire.
Abstract
Électrofilage, du fait de sa polyvalence et le potentiel pour des applications dans divers domaines, est souvent utilisé pour fabriquer des nanofibres. La production de ces nanofibres poreux est d'un grand intérêt en raison de leurs propriétés physico-chimiques uniques. Ici, nous élaborons sur la fabrication de la kératine contenant poly (ε-caprolactone) (PCL) nanofibres (c.-à-PCL / fibre composite kératine). Eau kératine soluble a été extrait à partir de cheveux humains et mélangé avec PCL dans différents rapports. La solution mélangée de PCL / kératine a été transformé en membranes nanofibrous l'aide d'un laboratoire conçu électrofilage mis en place. la morphologie des fibres et les propriétés mécaniques de la nanofibre obtenue ont été observés et évalués en utilisant la microscopie électronique à balayage et d'essai à la traction. En outre, dégradabilité et chimiques propriétés du nanofibres ont été étudiées par FTIR. images MEB ont montré la morphologie de surface uniforme pour les fibres PCL / kératine de compositions différentes. Ceux-PCL / Keratin fibres ont également montré d'excellentes propriétés mécaniques telles que le module et l'échec du point de Young. cellules fibroblastes étaient capables de se fixer et proliférer prouvant ainsi une bonne viabilité cellulaire. Sur la base des caractéristiques décrites ci-dessus, on peut affirmer que les fortement nanofibres mélanges de polymères naturels et synthétiques peuvent représenter un excellent développement des matériaux composites qui peuvent être utilisés pour diverses applications biomédicales.
Introduction
Électrofilage est reconnue comme étant une méthode courante de réaliser des nanofibres de polymère. Les fibres peuvent être produites à l'échelle nanométrique et les propriétés des fibres sont personnalisables 1. Ces évolutions et les caractéristiques des nanofibres électrofilées ont été particulièrement intéressant pour leurs applications en génie biomédical en particulier dans l'ingénierie tissulaire. Les nanofibres électrofilées possèdent des similitudes avec la matrice extracellulaire et de favoriser ainsi l'adhérence cellulaire, la migration et la prolifération 2. En raison de cette ressemblance avec la matrice extracellulaire (ECM), les fibres électrofilées peuvent être utilisés comme matériaux pour aider à pansement, l'administration de médicaments, et pour les tissus d'ingénierie tels que le foie, les os, le cœur et les muscles 3.
Une variété de différents polymères d'origine synthétique et naturel ont été utilisés pour créer des fibres électrofilées pour différentes applications en génie biomédical 4. Récemment, il a été de plus en plus dansintérêt dans le développement de nanofibres composites par mélange des polymères synthétiques et naturels 4. Dans ces compositions, le produit final héritent typiquement la résistance mécanique associé au polymère synthétique, tout en adoptant des signaux biologiques et les propriétés du polymère naturel.
Dans cette expérience, PCL et de la kératine sont présentés comme des polymères synthétiques et naturels à utiliser pour la synthèse d'un composite de nanofibres. La kératine est un polymère naturel que l'on trouve dans les cheveux, la laine et les ongles. Il contient de nombreux résidus d'acide aminé; d'intérêt notable est la cystéine 4,5. Idéalement, un polymère naturel serait biorenouvelable, biocompatible et biodégradable. Kératine possède ces trois caractéristiques, tout en améliorant la prolifération cellulaire et l'attachement aux biomatériaux, il a été incorporé dans 6.
Polycaprolactone (PCL) est un polymère résorbable, synthétique qui est important dansingénierie tissulaire 4. Ce polymère a déjà été salué pour sa stabilité structurelle et mécanique, cependant, il n'a pas d'affinité cellulaire et présente un taux de dégradation de longue haleine. La nature hydrophobe de PCL est probablement responsable de l'absence d'affinité de la cellule 7. Cependant, PCL compense ses limites en étant hautement miscible avec d'autres polymères. A PCL / composite kératine devrait démontrer les propriétés mécaniques du PCL et d'incorporer les propriétés biologiques de la kératine, ce qui en fait un choix idéal pour diverses applications biomédicales.
Protocol
Representative Results
Discussion
Extraction de la kératine des cheveux humains a été réalisée avec succès. L'acide peracétique a agi comme un agent oxydant sur la chevelure humaine, ce qui permet la kératine à être extraite par la base Tris. La production de poudre de kératine était petite échelle en raison du fait qu'il n'a été fait à des fins de recherche. Cette procédure a déjà été établie dans l'industrie pour la production à grande échelle. Le but de l'extraction de la kératine à petite échelle était…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Auteurs tiennent à remercier la National Science Foundation travers Engineering Center de recherche pour avoir révolutionné biomatériaux métalliques (ERC-0812348) et de nanotechnologie de premier cycle de l'éducation (CEE 1.242.139) pour le soutien financier.
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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