조직 재생에 대 한 젤라틴의 젖은 회전-기반 성형 과정
Summary
우리가 개발 하 고 젤라틴 기반 생체 조직 공학의 응용 프로그램에 대 한 사용의 건설에 대 한 젖은 회전 개념에 따라 프로토콜을 설명.
Abstract
이 문서는 monofilament 섬유 또는 다른 적절 한 형태의 젤라틴, 천연 폴리머로 조작 하는 저렴 한 메서드를 제공 합니다. 회전 방법 젖은 통해 젤라틴 섬유는 적당 한 응고 매체에 부드럽게 밀어 남에 의해 생산 됩니다. 이 젤라틴 섬유 및 직물의 기능을 모방 하는 능력의 기능 표면 증가, 젤라틴이이 개념을 참조 하 여 튜브 형태로 성형 수 있습니다. 생체 외에서 그리고 vivo에서 테스트 검사, 젤라틴 튜브 조직 공학에서 응용 프로그램에 대 한 좋은 잠재력을 보여 줍니다. 행동으로 적당 한 충전 간격 재, 젤라틴 (예를 들어, 긴장 또는 심장 혈관 시스템에), 손상된 된 영역에 조직을 대체할 뿐 아니라 줄기 세포와 신경 회로의 직접 교체를 제공 하 여 재생을 촉진 하 튜브를 사용할 수 있습니다. 이 프로토콜은 천연 폴리머에 따라 소재를 만들기 위한 자세한 절차를 제공 합니다 그리고 구현 크게 조직 재생 전략을 실현 하는 데 도움이 상호 천연 고분자의 개발 혜택을 받을 것으로 예상 된다.
Introduction
조직 재생의 최신 개발 조직 공학, 의료 치료에 새로운 치료 전략의 개선에 대 한 도전을 나타내는 응용 프로그램을 포함 한다. 예를 들어 신 경계 재생, 다음 부상 또는 질병의 제한 가능성 전세계 중요 한 건강 문제가 포즈지 않습니다. 신 경계와 관련 pathophysiological 프로세스의 복잡성 때문에 안정화 수술의 구현 또는 전통적인 autograft 사용 표시 되었습니다 기능 결과에 혜택을 제공 하지만 대 한 강력한 증거가 없다 척추 고정 수술1,2의 효과. 손상된 된 영역에서 조직 손실 이며 hypertrophically 유도 이다3, 결국 밀도 glial 흉터4,5형성으로 바뀝니다. 이 매트릭스는 블록 신경의 복구6,7 을 작동 하 고, 따라서, 크게 방해 재생 방 벽으로 작동 합니다. 따라서, 적당 한 충전 간격 재 조직의 손실을 방지 하 고 신경 세포의 직접 교체를 제공 하 여 뿐만 아니라 손상된 된 영역 무결성을 유지 관리 하 여 흉터에 관련 된 결합 조직 형성을 줄일 것으로 예상 되 고 축 삭 재생을 촉진 하는 회로가
고분자 생체 조직 재생 치료, 자연 세포 외 기질 (ECM) 지원을 통해 셀 또는 축 삭 행동과 조직 진행의 규정에 따라 건설 기계로 선호 되었습니다. 섬유 포맷은 다양 한 재료 때문에 그것의 1 차원 구조8대 한 빌딩 블록으로 일반적으로 간주 됩니다. 섬유는 용융 압출 또는 습식 방법; 회전에 의해 일반적으로 얻을 수 있습니다. 그러나, 큰 크기와 비용의 장비와 이러한 방법을 수행 하는 데 어려움은 도전. 또한, 고분자 섬유에 관련 된 일의 대부분은 합성 또는 복합 재료에 집중 되었습니다. 천연 고분자 소재의 원천으로 인간의 신체에 대 한 더 나은 생체 적합성 속성을 제공합니다. 그럼에도 불구 하 고, 자연 고분자 섬유의 맞춤을 상대적으로 더 어렵습니다 보다 합성 폴리머 소스9. 따라서, 소재 섬유에 단백질의 풍부한 원천으로 자연적인 중합체의 변환은 중요 한 전략은-뿐만 아니라 소재 섬유 수 직접 따라서, 단위체에는 불필요 한 변환을 피하 원료에서 분리 하지만 단백질 섬유는 또한 좋은 모양 및 유리한 특성10있다.
이와 관련는 조직 공학에 대 한 실험실 규모에 구현할 수 있는 젖은 회전의 기본 개념을 통해 천연 고분자 섬유의 제조에 대 한 저렴 한 처리 방법에 설명 합니다. 젖은 회전 압출 및 응고 폴리머 솔루션의 적당 한 폴리머 nonsolvent에 의해 수행 됩니다. 응고 중에 첨가 하는 적절 한, 점성 솔루션 폴리머 분자 분해를 하면 됩니다. 위상 전환을 통해는 필 라 멘 트 다음 그들의 용 해도 잃게 되 고 고체 폴리머 단계11의 형태로 침전 된다. 이 개념을 언급 하는, 우리가 다음 확장 튜브 형태로 젤라틴의 개발 성형 프로세스, 조직 재생 응용 프로그램에 대 한 적절 한 간주 됩니다. 또한, 본질적으로, 우리는 또한 개발할 수 있습니다 젤라틴 섬유에서 자료의 어떤 모양 든 지 (예를 들어, 젤라틴 도관 올리고 여러 젤라틴 섬유에서), 다른 응용 프로그램을 원하는.
젤라틴, 생 분해성 천연 폴리머, 변성 및 분해 된 콜라겐, 콜라겐12의 모든 semicrystalline, 비정 질, 또는 3 배 나선형 상태를 포함 하 여에서 형성 된다. 그것은 잘 알려져 그 콜라겐은 척추 동물 및 무척 추 동물13,14, 신경 성장 유도 주요 ECM의 단백질 구조와 비슷한의 모든 결합 조직에 필수적인 구조 단백질, 동시에, glycosaminoglycan 척수 부상 중 분 비의 다량을 대체 합니다. 따라서, 소스로 젤라틴을 사용 하 여 모든 의료 차량에 대 한 좋은 선택 것입니다. 되 고 게다가 저렴 한 소스, 젤라틴은 또한 생 분해성 및 cytocompatible 및 임시 제거 필러15수를 임상적으로 입증 된. , 튜브 형태로 개발 여기 설명 하는 생체 외에서 그리고 vivo에서 테스트 젤라틴은 우수한 생체 적합성 고 미래의 조직 엔지니어링 응용 프로그램에 대 한 적합성을 보여줍니다. 인간 지방 줄기 세포 배양, 젤라틴 튜브 신경 셀 표식으로 긍정적인 nestin 얼룩을 사용 하 여 신경 조상 세포로 세포 분화를 향상. 또한,이 연구에서 설립 하는 방법에 의해 생산 격차 자료 작성으로 젤라틴 관리 하 고 안전 하 고 크게 혜택을 현재 조직의 향상을 위한 상호 천연 고분자를 개발 하는 조직 엔지니어 예정입니다. 재생 전략입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리는 간단한 젖은 조직 재생에 대 한 천연 고분자의 연구에 적용할 수 있는 기술 회전을 사용 하 여 젤라틴 기반 생체 재료의 개발을 제시. 이 작품 자체는 젤라틴의 속성을 최적화 하는 목적으로 다른 소스를 추가 하지 않고 훌륭한 단백질 소스로 젤라틴 제조의 가능성을 보여주었다. 젤라틴-기반 생체 재료의 개발 실 온 (22-26 ° C)에서 완전히 실행 되었다. 정확한 솔루션 농도 유지 하 고 모든 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 국가 방위 정부 (MAB-105-070;에 의해 지원 되었다 MAB-106-077; MAB-107-032; MAB-107-065)의 과학 및 기술 (대부분 107-2320-B016-016), 세 배 서비스 종합 병원, 국가 방위 의료 센터, 대만 (TSGH-C106-046; TSGH-C106-115; TSGH-C107-041), 쳉-Hsin 종합 병원 그리고 국가 방위 의료 센터 협력 (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).
