Расширение двух измерение Electrospun нановолокно коврики в три измерение подмости
Summary
Эта статья демонстрирует технику расширения традиционной, два измерение (2D) electrospun нановолокно мат в три измерения (3D) леску через разгерметизации подкритической CO2 жидкости. Эти дополненной подмостей являются 3D, тесно имитировать сотовой nanotopographic сигналы и сохранить функции биологических молекул, инкапсулируются в нановолокон.
Abstract
Electrospinning был предпочтительной технологии в производстве синтетических, функциональный эшафот благодаря biomimicry внеклеточного матрикса и легкость контроля состава, структуры и диаметр волокон. Однако несмотря на эти преимущества, традиционные electrospun нановолокно, подмости поставляются с ограничениями в том числе дезорганизованы нановолокно ориентации, низкую пористость, малые поры и главным образом двумерных коврики. Таким образом существует большая потребность в разработке новый процесс для изготовления electrospun нановолокно леса, которые можно преодолеть указанные выше ограничения. В настоящем документе изложены Роман и простой метод. Традиционные 2D нановолокно мат преобразуется в 3D леску с нужной толщины, зазор расстояние, пористость и nanotopographic сигналы для заполнения ячейки и распространения через разгерметизации подкритической CO2 жидкости. Помимо леску для регенерации тканей происходит, этот метод также предоставляет возможность инкапсулировать биологически активных молекул, таких как противомикробные пептиды для местных лекарств. CO2 расширены нановолокно подмости провести большой потенциал в регенерации тканей, заживление ран, моделирование 3D ткани и актуальные лекарств.
Introduction
Концепция разработки синтетических эшафот, что может быть имплантирован в пациентов для оказания помощи в ткани ремонт и восстановление является одним, что пронизывает поле регенеративной медицины на протяжении десятилетий. Идеально синтетической лески призвана побудить миграции клеток от окружающих здоровых тканей, обеспечивает архитектуру для клеток посева, адгезии, сигнализации, пролиферации и дифференцирования, поддерживает васкуляризации, позволяет для адекватной оксигенации и Доставка питания и поощряет узла иммунной активности для обеспечения успеха после имплантации1. Кроме того она может использоваться как носителя для встраивания антимикробной молекул для оказания помощи в ранозаживляющее1,3,6,,78,9. Способность контролировать временного освобождения этих биологических молекул из синтетической лески является еще одним желательным атрибутом, который считается когда инженерных помостами1.
Electrospinning был оптимально техника для производства нановолокно подмости1,2,3,4,5,6. Предыдущие попытки создания нановолокно леску как обсуждаемые здесь было сделано с различной степенью успеха. Однако традиционные нановолокно леса имеют ограниченные способности для достижения этих целей. Традиционные нановолокно леса были главным образом двумерных коврики1,3. Эти nonexpanded леса плотно упакованы с размерами малые поры; Это ограничивает клеток инфильтрата, миграции и дифференциации, как он не способствовать созданию условий, которые аналогичны достаточно найдено в естественных условиях1,,78,9. По этой причине были созданы новые методы подготовки эшафот нановолокно 3D electrospun внести самосущие пороки, которые приходят с 2D нановолокно коврики. Эти методы приводят в 3D леса; Однако они ограниченную применимость из-за методов производства, требующих водных растворов и для процедур. Такая обработка приводит к случайное распределение nanofibers без ограничения Организации, надлежащей толщины или желаемого пористость предоставлять адекватные nanotopographic сигналы, которые необходимы для распространения и миграции клеток. Эти факторы приводят в предыдущих подмостей нановолокно 3D electrospun, которые не имеют адекватного мимикрии жизни тканей1,,78,9.
Более недавние попытки разработки расширенного, 3D леску с лучше biomimicry внеклеточного матрикса (ECM) выполнены с использованием водного раствора натрия боргидрид (NaBH4) решения лечения и готовые формы для лучшего контроля Результирующая форма эшафот7,8. Однако этот метод не является идеальным, как это требует использования водные растворы, химических реакций и паром для лиофильной сушки, что может помешать полимеров и любой инкапсулированные биомолекул, которые растворимы. Добавки, используемые также могут вызывать побочные эффекты во время регенерации тканей8,9. Метод расширения CO2 , изложенные в этой статье, значительно уменьшает время обработки, устраняет потребность в водных растворах и сохраняет размер и функциональность биологически активных молекул в большей степени, чем ранее установленные методы9.
В предыдущих исследованиях, антибиотики, серебро, 1α, 25 dihydroxyvitamin D3и антимикробного пептида LL-37 были загружены в подмости нановолокно индивидуально и в сочетании исследовать потенциал этих лесов выпустить агентов Далее помощь в ранозаживляющее9,10,12,13. Для целей демонстрации этот метод расширения нановолокно эшафот, Клексан 6, флуоресцентные краски, загружается в эшафот чтобы продемонстрировать потенциал внедрения на эшафот с различными желаемых соединений. Этот метод изготовления расширенной нановолокно леса в сочетании с инкапсулированным биоактивных молекул имеет большой потенциал в регенерации тканей, заживление ран, создание моделей 3D ткани и актуальные доставки наркотиков.
Protocol
Representative Results
Discussion
Преобразование традиционной 2D electrospun нановолокно коврики в расширенной 3D леса, который был исследован через CO2 разгерметизации. Традиционные 2D нановолокно маты являются успешно расширенной через подкритической CO2 жидкости. Важнейшие шаги являются изготовить 2D на…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана, субсидии от национального института Генеральной медицинской науки (NIGMS) в низ (2P 20 GM103480-06 и 1R01GM123081 к J.X.), Отис Glebe медицинский исследовательский фонд, NE LB606 и запуска средства от Медицинский Университет штата Небраска Центр.
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).
