Espansione del due-dimensione elettrofilate nanofibre in tre dimensioni ponteggi
Summary
In questo articolo viene illustrata la tecnica di espansione una stuoia di nanofibra tradizionale, due dimensioni (2D) elettrofilate in un’impalcatura di tre dimensioni (3D) attraverso la depressurizzazione del sottocritico CO2 fluido. Queste impalcature aumentate 3D, strettamente mimica cellulare nanotopographic spunti e preservare le funzioni delle molecole biologiche incapsulati all’interno delle nanofibre.
Abstract
Elettrofilatura è stata la tecnologia preferita nella produzione di uno scaffold sintetico, funzionale dovuto la biomimetica alla matrice extracellulare e il controllo di facilità di composizione, struttura e diametro delle fibre. Tuttavia, nonostante questi vantaggi, nanofibre elettrofilate tradizionali ponteggi vengono con limitazioni tra cui disorganizzato nanofibra orientamento, bassa porosità, la dimensione dei pori piccoli e tappetini principalmente bidimensionale. Come tale, c’è un grande bisogno per lo sviluppo di un nuovo processo per la realizzazione di ponteggi di nanofibre elettrofilate capaci di superare le limitazioni di cui sopra. Nel presente documento, è descritto un metodo semplice e romanzo. Una stuoia di nanofibra 2D tradizionale si trasforma in un’impalcatura 3D con spessore desiderato, distanza del gioco, porosità e le indicazioni di nanotopographic per consentire per la semina delle cellule e proliferazione attraverso la depressurizzazione del sottocritico CO2 fluido. Oltre a fornire un scaffold per la rigenerazione del tessuto si verifica, questo metodo fornisce anche la possibilità di incapsulare le molecole bioattive come i peptidi antimicrobici per la consegna di droga locale. I ponteggi di nanofibra di CO2 espanso tengono grandi potenzialità nella rigenerazione dei tessuti, la guarigione della ferita, modellazione 3D del tessuto e somministrazione di farmaci topici.
Introduction
Il concetto di sviluppare un’impalcatura sintetica che possa essere impiantata nei pazienti per aiutare nella rigenerazione e riparazione tissutale è uno che ha permeato il campo della medicina rigenerativa per decenni. Lo scaffold sintetico ideale serve per indurre la migrazione delle cellule dal tessuto sano circostante, fornisce un’architettura per vascolarizzazione di supporti di semina, adesione, segnalazione, proliferazione e differenziazione, cella, consente un’adeguata ossigenazione e consegna di nutrizione e promuove l’attività immunitaria ospite per garantire il successo dopo l’impianto1. Inoltre, può essere utilizzato come vettore per l’incorporamento di molecole antimicrobiche per assistere nella cicatrizzazione1,3,6,7,8,9. La capacità di controllare il rilascio temporale di queste molecole biologiche da scaffold sintetico è un altro attributo desiderabile che è considerato quando ingegneria ponteggi1.
Elettrofilatura è stata una tecnica ben utilizzata per la produzione di nanofibra ponteggi1,2,3,4,5,6. Precedenti tentativi di creare un’impalcatura di nanofibra come quello discusso qui sono state fatte a vari gradi di successo. Tuttavia, ponteggi tradizionali nanofibra hanno limitato le capacità di realizzare questi obiettivi. Nanofibra tradizionali ponteggi sono stati principalmente bidimensionale stuoie1,3. Queste impalcature nonexpanded sono densamente imballate con pori di piccole dimensioni; Questo limita l’infiltrazione delle cellule, migrazione e differenziazione come non promuove un ambiente abbastanza simile a quelli trovati in vivo1,7,8,9. Per questo motivo, più nuove tecniche di preparazione di scaffold nanofibre elettrofilate 3D sono state stabilite a modificare i difetti inerenti che vengono con nanofibre 2D. Queste tecniche si tradurrà in 3D impalcature; Tuttavia, hanno limitata applicabilità a causa dei metodi di produzione che richiedono soluzioni acquose e liofilizzazione procedure. Questa elaborazione comporta la distribuzione casuale delle nanofibre senza organizzazione ristretta, spessore adeguato, e/o porosità desiderata per fornire i segnali di nanotopographic adeguate che sono necessari per la proliferazione e migrazione cellulare. Questi fattori sono nei ponteggi di nanofibra elettrofilate 3D precedenti che non dispongono di adeguati mimetismo di vivere tessuti1,7,8,9.
Più recenti tentativi di sviluppare un’impalcatura espansa, 3D con migliore biomimetica della matrice extracellulare (ECM) sono stati effettuati utilizzando un trattamento della soluzione acquosa di sodio boroidruro (NaBH4) e stampi predefiniti per aiutare a controllare meglio la forma della risultante dell’impalcatura7,8. Tuttavia, questo metodo non è ideale in quanto richiede l’utilizzo di soluzioni acquose, reazioni chimiche e liofilizzazione che potrebbe interferire con polimeri e qualsiasi biomolecole incapsulato che sono solubili in acqua. Gli additivi utilizzati possono anche causare effetti collaterali durante la rigenerazione del tessuto8,9. Il metodo di espansione di CO2 descritto in questo articolo notevolmente riduce il tempo di elaborazione, Elimina la necessità di soluzioni acquose e conserva l’importo e la funzionalità delle molecole biologicamente attive in misura maggiore rispetto alla precedentemente metodi consolidati9.
In studi precedenti, antibiotici, argento, 1 α, 25 dihydroxyvitamin D3e peptide antimicrobico LL-37 sono stati caricati in nanofibra impalcature individualmente e in associazione a studiare il potenziale di queste impalcature di distaccanti per ulteriore aiuto nella cicatrizzazione9,10,12,13. Allo scopo di dimostrare questo metodo di espansione impalcatura nanofibra, cumarinici 6, un colorante fluorescente, verranno caricati nel patibolo per dimostrare il potenziale di incorporare il patibolo con vari composti desiderati. Questo metodo di montaggio di impalcatura nanofibra espansa in combinazione con molecole bioattive incapsulati ha un grande potenziale nella rigenerazione dei tessuti, la guarigione della ferita, la creazione di modelli 3D del tessuto e la consegna d’attualità della droga.
Protocol
Representative Results
Discussion
Trasformando nanofibre elettrofilate 2D tradizionale in espanso scaffold 3D è stata studiata tramite CO2 depressurizzazione. 2D tradizionale nanofibre sono correttamente espansa tramite sottocritico CO2 fluido. I passaggi critici sono per fabbricare nanofibre 2D sotto una condizione ottimizzata e tagliare i tappetini senza deformare i bordi (ad es., usando forbici chirurgiche affilate). Questo CO2-espanso nanofibra impalcature hanno molti benefici sopra stuoie …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato da concede dal National Institute of General Medical Science (NIGMS) al NIH (2P 20 GM103480-06 e 1R01GM123081 a J.X.), i fondi Otis Glebe Medical Research Foundation, NE LB606 e avvio dal University of Nebraska Medical Centro.
Materials
| Polycaprolactone | Sigma-Aldrich | 440744 | |
| N,N-Dimethlyformamide | Fisher Chemical | D-199-1 | |
| Dichloromethane | Fisher Chemical | AC61093-1000 | |
| Coumarin 6 | Sigma-Aldrich | 546283 | |
| Rotating Steel Drum | customized | This serves as a collector during electrospinning. | |
| Syringe Pump | Fisher Scientific | 14-831-200 | Coaxial spinning requires two single syringe pumps. |
| Revolver | Lab Net International | H5600 | Adjustable lab rotator for mixing solutions |
| Hypodermic Needle (27G x 1 1/2") | EXCELINT International Co | 26426 | This is part of the example customized coaxial nozzel shown. |
| Hypodermic Needle (21G x 1 1/2") | EXCELINT International Co | 26416 | This is part of the example customized coaxial nozzel shown. |
| High Voltage DC Power Supply | Gamma High Voltage Research | ES30 | |
| Scanning Electron Microscope | FEI | Nova 2300 | |
| Fluorescence Microscope | Zeiss | Axio Imager 2 | |
| LL 37 ELISA Kit | Hycult Biotech | HK321-02 |
References
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