ההתרחבות של דו-מימד Electrospun Nanofiber מחצלות שלוש-מימד פיגומים
Summary
מאמר זה מדגים את הטכניקה של הרחבת שטיחון nanofiber המסורתי, נמצא תחת ניהול דו-מימד (2D) electrospun לתוך גרדום (3D) 3-מימד דרך ירידת נוזלים2 CO subcritical. פיגומים אלו רבודה תלת-ממד, רמזים nanotopographic הסלולר מחקים מקרוב, לשמר את הפונקציות של מולקולות וחיסונים אנקפסולציה בתוך nanofibers.
Abstract
Electrospinning כבר הטכנולוגיה המועדפת בהפקת לפיגום סינתטי, פונקציונלי בשל ביומימטיקה מטריצה חוץ-תאית, הפקד נוחות של הרכב, מבנה בקוטר של סיבים. עם זאת, למרות היתרונות הללו, nanofiber electrospun מסורתיים פיגומים באים עם מגבלות כולל מאורגן nanofiber התמצאות, נקבוביות נמוכה, גודל הנקבוביות קטן ו מחצלות בעיקר דו מימדי. בתור שכזה, יש צורך גדול לפיתוח תהליך חדש עבור בדיית פיגומים nanofiber electrospun זה יכול להתגבר על המגבלות הנ. במסמך זה, התווה שיטה פשוטה הרומן. מזרן nanofiber דו-ממדית מסורתית הופכת לפיגום 3D עם עובי הרצוי, המרחק, נקבוביות nanotopographic רמזים כדי לאפשר תא זריעה והתפשטות דרך ירידת נוזלים2 CO subcritical. בנוסף עשו איתו התחדשות רקמות להתרחש, שיטה זו מספקת גם את ההזדמנות כדי לתמצת מולקולות ביו כגון פפטידים מיקרוביאלית למשלוח סמים מקומי. CO2 מורחבת nanofiber פיגומים החזק פוטנציאל התחדשות רקמות, ריפוי פצעים, מידול תלת-ממד רקמות ו תרופות אקטואלי.
Introduction
הרעיון של פיתוח לפיגום סינתטי, זה יכול להיות מושתל לתוך חולים כדי לסייע רקמות תיקון והתחדשות הוא זה יש חילחלו השדה רפואה רגנרטיבית במשך עשרות שנים. לגרדום סינטטי אידיאלי מגישה לזירוז נדידת תאים שבסביבה רקמה בריאה, מספקת ארכיטקטורה התא זריעה אדהזיה, איתות, התפשטות, בידול, תומך vascularization, מאפשר חמצון נאותה, תזונה משלוח, ומקדם את הפעילות החיסונית המארח כדי להבטיח הצלחה לאחר ההשתלה1. בנוסף, זה יכול לשמש כנשא להטבעת מולקולות מיקרוביאלית לסייע1,3,6,7,8,9ריפוי הפצע. היכולת לשלוט על שחרורו הזמני של מולקולות אלה ביולוגי מן לגרדום סינתטי הוא תכונה רצויה אחרת הנחשב מתי הנדסה פיגומים1.
Electrospinning כבר טכניקה היטב שימוש להפקת nanofiber פיגומים1,2,3,4,5,6. ניסיונות קודמים כדי ליצור לפיגום nanofiber כמו האחד והנכון עשו בדרגות שונות של הצלחה. עם זאת, nanofiber מסורתיים פיגומים מוגבלת יכולות כדי להשיג מטרות אלה. פיגומים nanofiber המסורתיים היו בעיקר מחצלות מימדי1,3. פיגומים אלו nonexpanded, בצפיפות מלאים גדלים הנקבובית קטן; זה מגביל תא הסתננות, הגירה, בידול כמו זה אינו מקדם סביבה די דומות לאלה שנמצאו ויוו8,7,1,9. מסיבה זו, הוקמו טכניקות חדשות של 3D electrospun nanofiber לגרדום הכנה לתקן את הפגמים הכרוכים שמגיעים עם מחצלות 2D nanofiber. טכניקות אלה לגרום פיגומים תלת-ממד; עם זאת, הם מוגבלת ישימות בשל שיטת ייצור הדורשים פתרונות מימית, ליופיליזציה הליכים. זה עיבוד תוצאות התפלגות אקראית nanofibers בלי הארגון מוגבלת, עובי נכונה, ו/או נקבוביות הרצוי כדי לספק הותאם nanotopographic נאותה הנחוצים נדידת תאים והתפשטות. גורמים אלה התוצאה הקודמת 3D electrospun פיגומים nanofiber חסרי נאותה חיקוי של חיים רקמות1,7,8,9.
ניסיונות מאוחרים יותר בפיתוח של לגרדום המורחב, 3D עם ביומימטיקה טוב יותר של מטריצה חוץ-תאית (ECM) בוצעו באמצעות טיפול פתרון המימית סודיום borohydride (NaBH4) בתבניות מוגדרות מראש כדי לסייע שליטה טובה יותר של צורת וכתוצאה מכך לגרדום7,8. עם זאת, שיטה זו אינה האידיאלי כפי שהוא דורש את השימוש של פתרונות מימית, תגובות כימיות ליופיליזציה שעלולות לפגוע פולימרים כל מולקולות שעברו אנקפסולציה שאינם מסיסים במים. ותוספים עלול לגרום גם לתופעות לוואי במהלך8,התחדשות רקמות9. השיטה הרחבה2 CO שתואר במאמר זה מאוד מפחית את זמן העיבוד, מבטלת את הצורך פתרונות מימית, ושומר את הכמות ואת הפונקציונליות של מולקולות פעילים ביולוגית במידה רבה יותר מאשר בעבר הקים שיטות9.
מחקרים קודמים, אנטיביוטיקה, כסף, 1α, 25 dihydroxyvitamin D3ו פפטיד מיקרוביאלית LL-37 היו נטען לתוך פיגומים nanofiber בנפרד, בשילוב לחקור את הפוטנציאל של פיגומים אלו לשחרר סוכנים סיוע נוספת ב9,10,12,13ריפוי הפצע. לצורך הדגמת שיטת nanofiber לגרדום הרחבה, Coumarine 6, הפלורסנט, ייטען לתוך לגרדום הטמון הטבעה לגרדום עם תרכובות שונות הרצוי. שיטה זו של ייצור לגרדום nanofiber המורחב בשיתוף עם מולקולות ביו במארז בעל פוטנציאל התחדשות רקמות, ריפוי פצעים, היצירה של רקמת תלת-ממד מודלים ו מסירת תרופות אקטואלי.
Protocol
Representative Results
Discussion
להפוך electrospun דו-ממדית מסורתית nanofiber מחצלות המורחב פיגומים תלת-ממד באמצעות CO2 לחצים נחקר. Nanofiber דו-ממדית מסורתית מחצלות בהצלחה המורחב באמצעות subcritical נוזל2 CO. השלבים הקריטיים הם לפברק 2D nanofiber מחצלות תחת תנאי ממוטבת ואחתוך מחצלות ללא עיוות בקצוות (למשל., באמצעות מספריי…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים של לאומי המכון כללי רפואי למדע (NIGMS) ב- NIH (20 P 2 GM103480-06 ו- 1R01GM123081 כדי J.X.), את הכספים אוטיס גלאבה קרן למחקר רפואי, NE LB606 ו אתחול הרפואי אוניברסיטת נברסקה מרכז.
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).
