Expansion des zwei-Dimension Electrospun Nanofaser Matten in drei Dimension Gerüste
Summary
Dieser Artikel beschreibt die Technik der Expansion einer traditionellen, zwei-Dimension (2D) Electrospun Nanofaser-Matte in leska 3 Dimension (3D) durch die Druckentlastung der unterkritischen CO2 Flüssigkeit. Diese erweiterte Gerüste sind 3D, eng mimischen zellulären Nanotopographic Hinweise, und bewahren die Funktionen der biologischen Moleküle innerhalb der Nanofasern gekapselt.
Abstract
Elektrospinnen wurde die bevorzugte Technologie in der Herstellung von synthetischen, funktionale leski aufgrund der Biomimetik, extrazelluläre Matrix und die einfache Kontrolle der Zusammensetzung, der Struktur und der Durchmesser der Fasern. Jedoch trotz dieser Vorteile traditionellen Electrospun Nanofaser kommen Gerüste mit Einschränkungen auch unorganisiert Nanofaser Orientierung, niedrige Porosität, kleiner Porengröße und hauptsächlich zweidimensionale Matten. Als solche gibt es ein großes Bedürfnis nach Entwicklung ein neues Verfahren zur Herstellung von Electrospun Nanofaser Scaffolds, die die oben genannten Einschränkungen überwunden werden können. Hier ist eine neue und einfache Methode beschrieben. Eine traditionelle 2D Nanofaser-Matte wandelt sich in ein 3D Gerüst mit gewünschten Stärke, Abstand, Porosität und Nanotopographic Signale, um Zelle zu Aussaat und Vermehrung durch die Druckentlastung der unterkritischen CO2 Flüssigkeit zu ermöglichen. Neben ein Gerüst für die Regeneration des Gewebes auftreten, bietet diese Methode auch die Möglichkeit, die bioaktiven Moleküle wie antimikrobielle Peptide für lokale Medikamentenapplikation zu Kapseln. Die CO2 erweitert Nanofaser Scaffolds halten großes Potenzial im Gewebe-Regeneration, Wundheilung, 3D Gewebe Modellierung und topischen Medikamenten.
Introduction
Das Konzept für die Entwicklung einer synthetischen Gerüst, das Patienten zur Gewebereparatur und Regeneration Unterstützung implantiert werden kann ist eine, die dem Gebiet der regenerativen Medizin seit Jahrzehnten durchdrungen hat. Das ideale synthetischen Gerüst dient der Zellwanderung aus den umliegenden gesunden Gewebes zu induzieren, bietet eine Architektur für Zelle Aussaat, Adhäsion, Signalisierung, Proliferation und Differenzierung, unterstützt Vaskularisierung, ermöglicht eine ausreichende Sauerstoffzufuhr und Ernährung-Lieferung, und fördert die Host Immunaktivität um Erfolg nach Implantation1zu gewährleisten. Darüber hinaus kann es als Träger verwendet werden für die Einbettung antimikrobielle Moleküle gerne bei Wundheilung1,3,6,7,8,9. Die Fähigkeit zur Steuerung der zeitlichen Freisetzung dieser biologischen Moleküle aus synthetischen Gerüst ist ein weiteres wünschenswert Attribut, das gilt als Engineering1Gerüste.
Elektrospinnen wurde eine gut genutzte Technik zur Herstellung von Nanofaser Scaffolds1,2,3,4,5,6. Frühere Versuche, ein Nanofaser-Gerüst wie die hier diskutierten erstellen sind auf unterschiedlichem Erfolg durchgeführt worden. Allerdings haben traditionelle Nanofaser Scaffolds Fähigkeiten zur Erreichung dieser Ziele begrenzt. Traditionelle Nanofaser Scaffolds wurden meist zweidimensionale Matten1,3. Diese nonexpanded Gerüste sind dicht mit kleinen Porengrößen gepackt; Dies schränkt Zelle eindringen, Migration und Differenzierung, da es nicht zur Förderung einer Umgebung ähnlich genug, um in Vivo1,7,8,9zu finden. Aus diesem Grund wurden neuere Techniken der 3D Electrospun Nanofaser Gerüst Vorbereitung eingerichtet, um die inhärente Makel zu ändern, die mit 2D Nanofaser-Matten kommen. Diese Techniken führen zu 3D Gerüste; Allerdings haben sie Anwendbarkeit aufgrund der Produktionsmethoden erfordern wässrige Lösungen und Gefriertrocknung Verfahren beschränkt. Diese Verarbeitung führt die zufällige Verteilung der Nanofasern ohne eingeschränkte Organisation, richtige Dicke und/oder gewünschte Porosität, die angemessene Nanotopographic Cues bereitzustellen, die notwendig sind für Zelle Migration und Proliferation. Diese Faktoren führen zu der vorherigen 3D Electrospun Nanofaser Gerüste, die angemessene Nachahmung des Lebens fehlt Gewebe1,7,8,9.
Neuere Versuche zur Entwicklung einer erweiterten, 3D Gerüst mit besseren Biomimetik der extrazellulären Matrix (ECM) sind durchgeführt worden, mit einer wässrigen Natrium Natriumborhydrid (NaBH4) Lösung Behandlung und vordefinierten Formen zugunsten besserer Kontrolle über die Form der resultierenden Gerüst7,8. Diese Methode ist jedoch nicht ideal, da es die Verwendung von wässrigen Lösungen, chemische Reaktionen und Gefriertrocknung erfordert, die stören können, mit Polymeren und gekapselten Biomoleküle, die wasserlöslich sind. Verwendeten Zusatzstoffe können auch Nebenwirkungen während Gewebe-Regeneration-8,–9. Die CO2 Erweiterung Methode in diesem Artikel beschriebenen stark reduziert die Verarbeitungszeit, eliminiert die Notwendigkeit für wässrige Lösungen und erhält den Betrag und die Funktionalität von biologisch aktiven Molekülen in einem größeren Ausmaß als die zuvor bewährte Methoden9.
In früheren Studien, Antibiotika, Silber, 1α, 25-Dihydroxyvitamin D-3und antimikrobiellen Peptid waren LL-37 in Nanofaser Scaffolds geladen, einzeln und in Kombination zu untersuchen, das Potenzial dieser Gerüste, Agenten, um freizugeben Weitere Hilfe bei der Wundheilung9,10,12,13. Für die Zwecke der Nachweis dieser Methode der Nanofaser Gerüst Expansion, wird Coumarine 6, einem Fluoreszenzfarbstoff in das Gerüst, um das Potenzial der Einbettung des Gerüsts mit verschiedenen gewünschten Verbindungen demonstrieren geladen werden. Diese Methode der erweiterten Nanofaser Gerüst Fertigung in Verbindung mit gekapselten bioaktiven Moleküle birgt ein großes Potenzial im Gewebe-Regeneration, Wundheilung, die Erstellung von 3D Gewebemodelle und die aktuelle Abgabe von Medikamenten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Traditionelle 2D Electrospun Nanofaser Matten verwandeln in erweiterten 3D Gerüste, die über CO2 Druckentlastung untersucht wurde. Traditionelle 2D Nanofaser-Matten sind erfolgreich erweiterte über unterkritischen CO2 Flüssigkeit. Die entscheidenden Schritte sind 2D Nanofaser Matten unter einer optimierten Zustand herzustellen und schneiden Sie die Matten ohne Verformung der Kanten (zB. mit scharfen chirurgische Schere). Diese CO-2-erweiterte Nanofaser Scaff…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch Zuschüsse aus dem National Institute of General Medical Science (NIGMS) an den NIH (2P-20 GM103480-06 und 1R01GM123081, J.X), Otis Glebe Medical Research Foundation, NE LB606 und Start-up-Fonds von der University of Nebraska Medical Zentrum.
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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