תהליך לכייר רטוב-ספינינג מבוססי ג'לטין על התחדשות רקמות
Summary
אנחנו שפותחה. ומתארות פרוטוקול מבוסס על הרעיון ספינינג רטוב, לבנייה של מבוססי ג’לטין biomaterials בשימוש של יישום הנדסת רקמות.
Abstract
מאמר זה מציג שיטה זולה כדי לבדות ג’לטין, כמו פולימר טבעי, לתוך סיבי monofilament או צורות אחרות המתאימות. דרך ספינינג בשיטה רטובה, ג’לטין סיבים המיוצרים על ידי ההבלטה חלקה במדיום קרישה מתאים. כדי להגדיל את השטח פונקציונלי של סיבים אלה ג’לטין והיכולת שלהם לחקות את התכונות של רקמות, ג’לטין שאפשר לעצב לטופס צינור בהתייחסות לרעיון הזה. נבדק על ידי בדיקות במבחנה ויוו, הצינורות ג’לטין מדגימים פוטנציאל גדול עבור יישום בהנדסת רקמות. מתנהג כחומר מילוי מתאים הפער, ג’לטין צינורות יכול לשמש כתחליף הרקמה באזור הפגוע (למשל, במערכת העצבים או לב וכלי דם), כמו גם לקדם התחדשות על-ידי מתן תחליף ישירה של תאי גזע, המעגלים העצביים. פרוטוקול זה מספק הליך מפורט ליצירת biomaterial מבוסס פולימר טבעי, וצפויה יישומה באופן משמעותי לטובת פיתוח correlative פולימרים טבעיים, המסייעים לממש אסטרטגיות התחדשות רקמות.
Introduction
הפיתוח האחרון התחדשות רקמות כוללת את היישום של הנדסת רקמות, אשר מייצג את אתגר עבור השיפור של אסטרטגיות טיפוליות חדשות בטיפולים רפואיים. לדוגמה, הפוטנציאל מוגבל של מערכת העצבים התחדשות, הבאים מפציעה או מחלה, מהווה בעיה בריאותית משמעותית ברחבי העולם. בשל המורכבות של התהליכים הקשורים pathophysiological עם מערכת העצבים, השימוש בשתל מסורתי או היישום של ייצוב ניתוח הוכח להציע הטבות בתוצאות פונקציונלי, אבל אין שום ראיה חזקה עבור ההשפעות של קיבוע עמוד שדרה ניתוח1,2. ברקמות האזור הפגוע איבד והוחלף האסטרוציטים המושרה hypertrophically3, בסופו של דבר ויוצרים הצלקת גליה צפופה4,5. מטריצה זו משמש כמחסום כי רחובות ההתאוששות של העצב לתפקד6,7 , לכן, במידה רבה מעכבת התחדשות. לכן, חומר מילוי מתאים הפער צפוי למנוע האובדן של רקמת ולהפחית את היווצרות של רקמת צלקת-הקשורים על ידי שמירה על השלמות של האזור הפגוע, כמו גם על-ידי מתן החלפה ישירה של תאים עצביים, המעגלים כדי לקדם התחדשות האקסון.
Biomaterials פולימריים היה מועדף כמו פיגומים לתרפיה התחדשות רקמות, בהתבסס על התקנון של התקדמות ההתנהגות ואת הרקמה תא או האקסון וכלה בתמיכה מטריצה חוץ-תאית טבעיים (ECM). התבנית סיבים נחשבת בדרך כלל אבן בניין לחומרים שונים, בשל מבנה חד-ממדי8. הסיבים יכול להיות מושגת בדרך כלל על-ידי ההבלטה להמיס או רטוב ספינינג שיטה; עם זאת, גודל גדול והעלות של הציוד וכל הקושי לבצע בשיטות אלה הם מאתגרים. בנוסף, רוב העבודה הקשורים סיבי פולימר התמקדו חומרים סינתטיים או ללא הפרדות צבע. פולימרים טבעיים כמקור biomaterial מציעים מאפיינים הביו טוב יותר עבור גוף האדם. בכל זאת, כדי להשיג את היישור של סיבי פולימר טבעי הוא יחסית קשה יותר של פולימר סינתטי מקורות9. ומכאן, ההמרה של פולימר טבעי כמו מקור עשיר לחלבון לתוך סיבי biomaterial הוא לאסטרטגיה חשובה – לא רק הסיבים biomaterial יכול להיות ישירות מבודד מן חומר הגלם, וכך להימנע של טרנספורמציה מיותרים כדי מונומרים, אבל סיבי חלבון יש גם מראה טוב של מאפיינים חיוביים10.
בהקשר זה, אנו מתארים שיטה זולה עיבוד עבור ייצור סיבי פולימר טבעי דרך התפיסה הבסיסית של ספינינג רטוב, זה יכול להיות מיושם על המשקל מעבדה עבור הנדסת רקמות. ספינינג רטוב מבוצעת על ידי ההבלטה קרישה של פתרון פולימרי לתוך nonsolvent פולימר מתאימים. פתרון מתאים, צמיגה מסטול לתוך בינוני קרישת הדם גורמת מולקולות הפולימר להתמוסס. שלב המעבר, חוטים לאבד את המסיסות שלהם ואז הם זירז בצורה של שלב11פולימר מוצק. בהתייחס לתפיסה זו, אנו מורחב ואז ההתפתחות של הג’לטין לתוך הטופס שפופרת של תהליך היציקה, אשר נחשב ראוי ליישום התחדשות רקמות. בנוסף, ביסודה, אנו גם לפתח כל צורה של חומר מסיבי ג’לטין (למשל, צינור ג’לטין מסתכמת מסיבי ג’לטין מספר), לשני היישומים הרצויים.
ג’לטין, פולימר טבעי מתכלה, נוצר מ קולגן שפגע בסימני, הידרוליזה, כולל כל מדינה הסליל semicrystalline, אמורפי או משולשת של קולגן12. ידוע הזה קולגן הוא החלבון מבניים חיוני של כל רקמות החיבור של חולייתנים, חסרי חוליות13,14, אשר דומה למבנה חלבון של ECM העיקרי שגורם עצב צמיחה, במקביל, מחליף את כמות גדולה של גליקוזאמינוגליקן מופרש במהלך פגיעות בעמוד השדרה. לכן, השימוש של ג’לטין כמקור יהיה בחירה מצוינת עבור כל רכב רפואי. מלבד היותו מקור זול, ג’לטין הוא גם מתכלה, cytocompatible ומוכח קלינית להיות זמני פגם מילוי15. התפתחה צורת צינור, בדיקות במבחנה ויוו המתוארים כאן מדגימים כי ג’לטין יש הביו מעולה התאמתם רקמות בעתיד יישומי הנדסה. בתרבית עם תאי גזע אנושי אדיפוז, ג’לטין צינורות לשפר תאית התמיינות לתוך ובתאים עצביים באמצעות צביעת nestin חיובי כסמן תאי העצבים. יתר על כן, ג’לטין מספקות הפער חומר, המיוצר על ידי השיטה נוסדה במחקר זה, כמו צפוי להיות לניהול ובטוחה וכדי נהנים מאוד רקמות מהנדסים לפיתוח correlative פולימרים טבעיים עבור השיפור של רקמות אסטרטגיות התחדשות.
Protocol
Representative Results
Discussion
הצגנו את התפתחות biomaterials מבוססי ג’לטין על-ידי שימוש פשוט רטוב ספינינג טכניקה שניתן להחיל במחקר של פולימרים טבעיים עבור התחדשות רקמות. עבודה זו הפגין את האפשרות של ייצור ג’לטין כמקור חלבון נהדר ללא התוספת של מקורות אחרים, במטרה לייעל את המאפיינים של ג’לטין עצמה. התפתחות biomaterials מבוססי ג’לטין ב…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי משרד הלאומי הביטחון (MAB-105-070; MAB-106-077; MAB-107-032; MAB-107-065), משרד המדע והטכנולוגיה (רוב 107-2320-B016-016), בית חולים כללי Tri-שירות, הלאומית ההגנה המרכז הרפואי, טייוואן (TSGH-C106-046; TSGH-C106-115; TSGH-C107-041), בית החולים הכללי נג-חסין ואת שיתוף הפעולה של המרכז הרפואי של הביטחון הלאומי (CH-NDMC-107-8).
Materials
| Solution preparation: | |||
| Gelatin type B (porcine) | Ferak | Art. -Nr. 10733 | 500 g vial |
| Wet spinning process: | |||
| Peristaltic pump | Gilson | Model M312 | Minipuls*3 |
| Plastic tube connector | World Precision Instruments | 14011 | 1 box |
| Syringe | Sterican | 5A06258541 | 26Gx1/2"(0.45 x 12mm) |
| Acetone | Ferak | Art. -Nr. 00010 | 2.5 L vial |
| Polycaprolactone CAPA 6500 | Perstorp | 24980-41-4 | – |
| Dichloromethane | Scharlau | CL03421000 | 1 L vial |
| Glass Pasteur pipette | Fisher Scientific | 13-678-20A | – |
| Hemostat | Shinetec instruments | ST-B021 | – |
| Peripheral venous catheter (Introcan Certo) | B. Braun | 1B03258241 | 24Gx3/4"(0.7 x 19mm) |
| Morphology of the gelatin tube: | |||
| Ion sputter coater machine | Hitachi | e1010 | – |
| Scanning electron microscopy | Hitachi | S-3000N | – |
| Cultivation of cells on the gelatin tube: | |||
| Trypsin-EDTA | Gibco | 488625 | 100 mL vial |
| Fetal bovine serum | Gibco | 923119 | 500 mL vial |
| Dulbecco's modified Eagle's medium | Gibco | 31600-034 | Powder |
| Keratinocyte-SFM medium | Gibco | 10744-019 | 500 mL vial |
| T25 culture flask | TPP | 90025 | VENT type |
| 6-well plate | Falcon | 1209938 | – |
| Immunocytochemistry: | |||
| Phospate-buffered saline | Gibco | 654471 | 500 mL vial |
| Acetic acid glacial | Ferak | Art. -Nr. 00697 | 500 mL vial |
| NP-40 surfactant (Tergitol solution) | Sigma | 056K0151 | 500 mL vial |
| Normal goat serum | Vector Laboratories | S-1000-20 | 20 mL vial, concentrate |
| Nestin (primary antibody) | Santa Cruz Biotechnology | SC-23927 | – |
| Donkey anti-mouse-fluorescein isothiocyanate (secondary antibody) | Santa Cruz Biotechnology | SC-2099 | – |
| Hoechst 33342 | Anaspec | AS-83218 | 5 mL vial |
| In vivo biocompatibility test: | |||
| Tiletamine+zolazepam | Virbac | BC91 | 5 mL vial |
| Xylazine | Bayer korea | KR03227 | 10 mL vial |
| Ketoprofen | Astar | 1406232 | 2 mL vial |
| Povidone-iodine solution | Everstar | HA161202 | 4 L barrel |
| Cefazolin | China Chemical & Pharmaceutical | 18P909 | 1 g vial |
| Scalpel blade | Shinetec instruments | ST-B021 | – |
| Surgical scissor | Shinetec instruments | ST-B021 | – |
References
- Bagnall, A. M., Jones, L., Duffy, S., Riemsima, R. P. Spinal fixation surgery for acute traumatic spinal cord injury. Cochrane Database of Systematic Reviews. 1, 004725 (2008).
- Fehlings, M. G., Perrin, R. G. The role and timing of early decompression for cervical spinal cord injury: update with a review of recent clinical evidence. Injury. 36, 13-26 (2005).
- Yang, L., Jones, N. R., Stoodley, M. A., Blumbergs, P. C., Brown, C. J. Excitotoxic model of post-traumatic syringomyelia in the rat. Spine. 26, 1842-1849 (2001).
- Rolls, A., et al. Two faces of chondroitin sulfate proteoglycan in spinal cord repair: a role in microglia/macrophage activation. PLoS Medicine. 5, 1262-1277 (2008).
- Properzi, F., Asher, R. A., Fawcett, J. W. Chondroitin sulphate proteoglycans in the central nervous system: changes and synthesis after injury. Biochemical Society Transactions. 31, 335-336 (2003).
- Fawcett, J. W., Asher, R. A. The glial scar and central nervous system repair. Brain Research Bulletin. 49, 377-391 (1999).
- Yang, Z., Mo, L., Duan, H., Li, X. Effects of chitosan/collagen substrates on the behavior of rat neural stem cells. Science China Life Sciences. 53, 215-222 (2010).
- Chawla, K. K. . Fibrous Materials. , (1998).
- Pickering, K. L., Aruan Efendy, M. G. A review of recent developments in natural fibre composites and their mechanical performance. Composites Part A-Applied Science and Manufacturing. 83, 98-112 (2016).
- Lundgren, H. P. Synthetic fibers made from proteins. Advances in Protein Chemistry. 5, 305-351 (1954).
- Radishevskii, M. B., Serkov, A. T. Coagulation mechanism in wet spinning of fibres. Fibre Chemistry. 37, 266-271 (2005).
- Yannas, I. V. Collagen and gelatin in the solid state. Journal of Macromolecular Science Part C Polymer Reviews. 7, 49-106 (1972).
- Baer, E., Cassidy, J. J., Hiltner, A. Hierarchical structure of collagen composite Systems: lessons from biology. Pure and Applied Chemistry. 6, 961-973 (2009).
- Harrington, W. F., Von Hippel, P. H. The structure of collagen and gelatin. Advances in Protein Chemistry. 16, 1-138 (1961).
- Veis, A. . The Macromolecular Chemistry of Gelatin. , (1994).
- Freyman, T. M., Yannas, I. V., Gibson, L. J. Cellular materials as porous scaffolds for tissue engineering. Progress in Materials Science. 46, 273-282 (2001).
- Michalczyk, K., Ziman, M. Nestin structure and predicted function in cellular cytoskeletal organization. Histology and Histopathology. 20, 665-671 (2005).
