توسيع نطاق ماتس نانوفيبير اليكتروسبون بعد يومين إلى ثلاثة-البعد السقالات
Summary
يوضح هذا المقالة التقنية لتوسيع حصيرة نانوفيبير اليكتروسبون (2D) التقليدية، والبعد الثاني في سقالة (3D) 3-بعد عن طريق تنفيسها السائل2 CO دون الحرجة. هذه السقالات زيادة 3D، الرموز نانوتوبوجرافيك الخلوية تقليد عن كثب، والحفاظ على وظائف الجزيئات البيولوجية مغلفة داخل النانو.
Abstract
وقد اليكتروسبينينج هذه التكنولوجيا المفضلة في إنتاج سقالة الاصطناعية، والوظيفية بسبب بيوميميكري للمصفوفة خارج الخلية وسهولة السيطرة على تكوين وهيكل، وقطرها من الألياف. ومع ذلك، على الرغم من هذه المزايا، نانوفيبير اليكتروسبون التقليدية السقالات تأتي مع القيود بما في ذلك مشوش المسامية منخفضة وحجم المسام الصغيرة، التوجه نانوفيبير والحصير أساسا ثنائي الأبعاد. على هذا النحو، هناك حاجة ماسة لتطوير عملية جديدة لاختلاق السقالات نانوفيبير اليكتروسبون أنه يمكن التغلب على القيود المذكورة أعلاه. ويرد هنا، طريقة مبتكرة وبسيطة. حصيرة نانوفيبير 2D تقليدية تتحول سقالة 3D مع سمك المرجوة ومسافة الفجوة، المسامية والعظة نانوتوبوجرافيك للسماح للخلية البذر والانتشار من خلال تنفيسها السائل2 CO دون الحرجة. بالإضافة إلى توفير سقالة لتجديد الأنسجة تحدث، يوفر هذا الأسلوب أيضا الفرصة لتغليف الجزيئات النشطة بيولوجيا مثل الببتيدات المضادة للميكروبات لإيصال الأدوية المحلية. السقالات nanofiber2 توسع شركة إمكانات كبيرة في تجديد الأنسجة والتئام الجروح والأنسجة 3D النمذجة وإيصال الأدوية الموضعية.
Introduction
مفهوم تطوير سقالة اصطناعية التي يمكن زرعها في المرضى للمساعدة في إصلاح الأنسجة والتجديد هو الذي قد ساد ميدان الطب التجديدي لعدة عقود. سقالة اصطناعية مثاليا يخدم للحث على الهجرة الخلية من الأنسجة السليمة المحيطة، ويوفر بنية للخلية البذر والالتصاق وإشارات، وانتشار والتمايز، تدعم الأوعية الدموية، يسمح للأوكسجين الكافي و إيصال التغذية، ويعزز النشاط المناعي المضيفة لضمان نجاح بعد غرس1. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه كناقل لتضمين الجزيئات المضادة للميكروبات لمساعدة في الجرح الشفاء1،3،،من67،،من89. القدرة على التحكم في إطلاق هذه الجزيئات البيولوجية الزمانية من سقالة اصطناعية هي سمة مرغوب فيه آخر أن يعتبر عندما السقالات الهندسة1.
وقد تم اليكتروسبينينج تقنية استخداماً جيدا لإنتاج السقالات نانوفيبير1،3،2،4،،من56. وأجريت محاولات سابقة لإنشاء سقالة نانوفيبير مثل تلك التي تمت مناقشتها هنا بدرجات متفاوتة من النجاح. ومع ذلك، محدودة السقالات nanofiber التقليدية قدرات لتحقيق هذه الأهداف. وقد السقالات nanofiber التقليدية معظمهم الحصير ثنائي الأبعاد1،3. هذه السقالات نونيكسبانديد هي المزدحمة مع أحجام المسام الصغيرة؛ وهذا يحصر تسلل خلية، والهجرة، والتمايز كما أنها لا تعزز بيئة ما يكفي من مشابهة لتلك الموجودة في فيفو8،7،،من19. ولهذا السبب، تم إنشاء أحدث تقنيات إعداد السقالة نانوفيبير اليكتروسبون 3D لتعديل العيوب المتأصلة التي تأتي مع ماتس نانوفيبير 2D. تؤدي هذه التقنيات في السقالات 3D؛ ومع ذلك، محدودة الانطباق بسبب أساليب الإنتاج التي تتطلب المحاليل وإجراءات التجميد. نتائج هذه المعالجة في التوزيع العشوائي للنانو دون المنظمة مقيدة، سمك مناسب، و/أو المسامية المطلوب تقديم العظة نانوتوبوجرافيك الكافية اللازمة للهجرة الخلية وانتشار. هذه العوامل تؤدي السقالات نانوفيبير اليكتروسبون 3D السابقة التي تفتقر إلى تقليد الكافية للمعيشة الأنسجة1،7،،من89.
تم إجراء محاولات أكثر حداثة في تطوير سقالة الموسعة، 3D مع بيوميميكري أفضل من المصفوفة خارج الخلية (ECM) استخدام إجراء معالجة حل بورهيدريد (نأبه4) صوديوم مائية والقوالب المصممة مسبقاً للمساعدة في مراقبة أفضل شكل الناتج عن سقالة7،8. ومع ذلك، هذا الأسلوب غير مثالية حيث أنها تتطلب استخدام المحاليل والتفاعلات الكيميائية، والتجميد التي قد تتداخل مع البوليمرات وأي الجزيئات الحيوية المغلفة التي للذوبان في الماء. الإضافات المستخدمة قد يسبب أيضا تأثيرات جانبية خلال الأنسجة التجدد8،9. CO2 التوسع في الأسلوب المبين في هذه المادة إلى حد كبير يقلل من الوقت اللازم للتجهيز ويلغي الحاجة للمحاليل، ويحافظ على المبلغ ووظيفة الجزيئات النشطة بيولوجيا بقدر أكبر مما السابق 9من الأساليب المتبعة.
في الدراسات السابقة والمضادات الحيوية، والفضة، 1α، 25 ديهيدروكسيفيتامين د3ومضادات الميكروبات الببتيد ليرة لبنانية-37 تم تحميلها في السقالات nanofiber منفردة ومجتمعة لإمكانات هذه السقالات للإفراج عن وكلاء للتحقيق زيادة المعونة في الجرح الشفاء9،10،،من1213. غرض إثبات هذا الأسلوب لتوسيع سقالة nanofiber، سيتم تحميل كومارن 6، صبغة فلورسنت، في سقالة تثبت إمكانية تضمين السقالة مع مختلف المركبات المطلوبة. هذا الأسلوب من تلفيق سقالة nanofiber الموسعة بالاقتران مع الجزيئات النشطة بيولوجيا مغلفة يحمل إمكانيات كبيرة لتجديد الأنسجة والتئام الجروح، وإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد من الأنسجة وإيصال الأدوية الموضعية.
Protocol
Representative Results
Discussion
تحويل ماتس نانوفيبير اليكتروسبون 2D التقليدية إلى السقالات 3D الموسعة تم التحقيق فيها عن طريق شركة تنفيسها2 . ماتس نانوفيبير 2D التقليدية هي الموسعة بنجاح عن طريق السوائل2 CO دون الحرجة. الخطوات الحاسمة هي اختﻻق ماتس نانوفيبير 2D تحت شرط أمثل وقطع الحصير دون تشويه الحواف (…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل بالمنح من المعهد الوطني للعامة الطبية العلوم (نيجمس) في المعاهد الوطنية للصحة (2 ف 20 GM103480/06 و 1R01GM123081 إلى J.X.)، الأموال أوتيس غليب مؤسسة البحوث الطبية، LB606 ني، وبدء التشغيل من جامعة نبراسكا الطبي مركز.
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
- Chen, S., et al. Recent advances in electrospun nanofibers for wound healing. Nanomedicine. 12 (11), 1335-1352 (2017).
- Khandalavala, K., Jiang, J., Shuler, F. D., Xie, J. Electrospun Nanofiber Scaffolds with Gradations in Fiber Organization. Journal of Visualized Experiments. (98), e52626 (2015).
- Xie, J., Li, X., Xia, Y. Put electrospun nanofibers to work for biomedical research. Macromolecular Rapid Communication. 29 (22), 1775-1792 (2008).
- Xie, J., et al. Nanofiber membranes with controllable microwells and structural cues and their use in forming cell microarrays and neuronal networks. Small. 7 (3), 293-297 (2011).
- Xie, J., et al. Radially aligned, electrospun nanofibers as dural substitutes for wound closure and tissue regeneration applications. ACS. 4 (9), 5027-5036 (2010).
- Xie, J., et al. “Aligned-to-random” nanofiber scaffolds for mimicking the structure of the tendon-to-bone insertion site. Nanoscale. 2 (6), 923-926 (2010).
- Jiang, J., et al. Expanded 3D Nanofiber Scaffolds: Cell Penetration. Neovascularization, and Host Response. Advanced Healthcare Materials. 5 (23), 2993-3003 (2016).
- Jiang, J., et al. Expanding Two-Dimensional Electrospun Nanofiber Membranes in the Third Dimension by a Modified Gas-Foaming Technique. ACS Biomaterials Science & Engineering. 10 (1), 991-1001 (2015).
- Jiang, J., et al. CO2-expanded nanofiber scaffolds maintain activity of encapsulated bioactive materials and promote cellular infiltration and positive host response. Acta Biomaterialia. 68, 237-248 (2018).
- Chen, S., et al. Nanofiber-based sutures induce endogenous antimicrobial peptide. Nanomedicine. 12 (10), 2597-2609 (2017).
- Dhand, C., et al. Bio-inspired crosslinking and matrix-drug interactions for advanced wound dressings with long-term antimicrobial activity. Biomaterials. 138, 153-168 (2017).
- Jiang, J., et al. Local sustained delivery of 25-hydroxyvitamin D3 for production of antimicrobial peptides. Pharmaceutical Research. 32 (9), 2851-2862 (2015).
- Jiang, J., et al. 1α, 25-dihydroxyvitamin D3-eluting nanofibrous dressings induce endogenous antimicrobial peptide expression. Nanomedicine (Lond). 13 (12), 1417-1432 (2018).
- Ma, B., Xie, J., Jiang, J., Shuler, F. D., Bartlett, D. E. Rational design of nanofiber scaffolds for orthopedic tissue repair and regeneration. Nanomedicine. 8 (9), 1459-1481 (2013).
