İki boyut Electrospun Nanofiber paspaslar genişleme içine üç-boyut iskele
Summary
Bu makalede, bir üç-boyut (3D) iskele üzerinden depressurization süperkritiğe CO2 sıvı içine bir geleneksel, iki-boyut (2D) electrospun nanofiber mat genişletme tekniği gösterilir. Bu artar iskele 3D, yakından kopyalama hücresel nanotopographic yardımlar, vardır ve biyolojik moleküllerin nanofibers içinde kapsüllenmiş işlevlerini korumak.
Abstract
Electrospinning üreten bir sentetik, fonksiyonel iskele hücre dışı matriks ve bileşimi, yapısı ve elyaf çapı kolaylığı kontrolünü Biyomimikri nedeniyle tercih edilen teknoloji olmuştur. Ancak, bu avantajlara rağmen geleneksel electrospun nanofiber iskele sınırlamalar da dahil olmak üzere gel nanofiber yönünü, düşük gözeneklilik, küçük gözenek boyutu ve esas olarak iki boyutlu paspaslar dağınık. Bu nedenle, yukarıdaki sınırlamalar üstesinden gelebilir electrospun nanofiber iskele imalatı için yeni bir süreç geliştirmek için büyük bir ihtiyaç vardır. Burada, roman ve basit bir yöntem gösterilmiştir. Bir geleneksel 2D nanofiber mat 3D bir iskele istediğiniz kalınlıkta, gap mesafe, porozite ve hücre tohum ve depressurization süperkritiğe CO2 sıvı yoluyla yayılması için izin vermek için nanotopographic yardımlar ile dönüştürülür. Gerçekleşmesi doku rejenerasyonu için bir iskele sağlamaya ek olarak, bu yöntem aynı zamanda yerel ilaç dağıtım için antimikrobiyal peptidler moleküllerin biyoaktif kapsüllemek için fırsat sağlar. CO2 genişletilmiş nanofiber iskele doku yenilenmesi, yara iyileşmesi, 3D doku modelleme ve topikal ilaç dağıtım büyük potansiyele sahip.
Introduction
Hastaların doku onarımı ve rejenerasyon yardım içine implante bir sentetik iskele geliştirme kavramı rejeneratif tıp alanında yıllardır nüfuz biridir. İdeal sentetik iskele sağlıklı dokuyu çevreleyen gelen hücre göç ikna etmek için hizmet vermektedir, hücre tohum, adezyon, sinyal, yayılması ve farklılaşma, destekler vaskülarizasyon için bir mimari sağlar, için yeterli oksijenlenme sağlar ve beslenme teslim ve başarı implantasyon1sonra emin olmak için ana bilgisayar bağışıklık etkinliğini teşvik etmektedir. Ayrıca, bu bir taşıyıcı olarak antimikrobiyal molekülleri gömmek için1,3,6,7,8,9şifa yarada yardımcı olmak için kullanılabilir. Sentetik iskele zamansal yayınlamasını biyolojik moleküllerin kontrol yeteneği ne zaman mühendislik1iskele olarak kabul edilir başka bir arzu özniteliğidir.
Electrospinning nanofiber iskele1,2,3,4,5,6üretimi için iyi kullanılan bir teknik olmuştur. Burada tartışılan biri gibi nanofiber iskele oluşturmak için önceki girişimleri başarı değişik derecelerde için yapılmıştır. Ancak, geleneksel nanofiber iskele bu hedeflere ulaşmak için yetenekleri sınırlı olabilir. Geleneksel nanofiber iskele çoğunlukla iki boyutlu paspaslar1,3olmuştur. Bu nonexpanded iskele yoğun küçük gözenek boyutları ile paketlenir; vivo1,7,8,9bulunanlar için benzer bir ortam teşvik değil gibi bu hücre infiltrasyonu, geçiş ve farklılaşma sınırlar. Bu nedenle, 3D electrospun nanofiber iskele hazırlık yeni teknikleri ile 2D nanofiber paspaslar gelip doğasında kusurlarını değiştirilmesi için kurulmuştur. Bu teknikler 3D iskele neden; Ancak, uygulanabilirlik sulu çözümler gerektiren ve yordamlar dağılması üretim yöntemleri nedeniyle sınırlı olabilir. Bu işleme nanofibers sınırlı organizasyon, uygun kalınlık ve/veya hücre göç ve yayılması için gerekli olan yeterli nanotopographic yardım sağlamak için istenen porozite olmadan rasgele dağıtıma sonuçlanır. Bu faktörlerin yaşam yeterli asla bilemeycek eksikliği önceki 3D electrospun nanofiber iskele neden doku1,7,8,9.
Hücre dışı matriks (ECM) daha iyi Biyomimikri ile bir genişletilmiş, 3D iskele geliştirme daha yeni girişimler performans daha iyi kontrol altında yardım etmek için bir sulu sodyum borhidrür (NaBH4) çözüm tedavi ve önceden tasarlanmış kalıpları kullanarak İskele yapısı-7,8elde edilen şekli. Ancak, bu yöntem polimerler ve suda çözünen kapsüllenmiş herhangi bir biomolecules ile girişime neden olabilir sulu çözümler, kimyasal reaksiyonlar ve dağılması kullanımını gerektirir gibi ideal değildir. Kullanılan katkı maddeleri de doku rejenerasyonu8,9sırasında yan etkilere neden olabilir. Büyük ölçüde bu makalede özetlenen CO2 genişletme yöntemi işlem zamanı azaltır, sulu çözümler ortadan kaldırır ve tutar ve biyolojik olarak aktif molekülleri daha büyük ölçüde işlevselliğini korur daha önce kurulan yöntemleri9.
Önceki çalışmalar, antibiyotik, gümüş, 1α, 25 dihydroxyvitamin D3ve antimikrobiyal peptid LL-37 yüklü nanofiber iskele ayrı ayrı ve birlikte acentelere serbest bırakmak için bu iskele potansiyelini araştırmak için daha fazla9,10,12,13şifa yarada yardım. Bu yöntem nanofiber iskele genişleme gösteren amacıyla, Coumarine 6, floresan bir boya, iskele iskele ile çeşitli istenen bileşikler katıştırma potansiyel göstermek içine yüklenir. Genişletilmiş nanofiber iskele imalatı kapsüllenmiş biyoaktif molekülleri ile birlikte bu yöntem doku yenilenmesi, yara iyileşmesi, 3D doku modellerinin oluşturulması ve ilaçların topikal teslim büyük potansiyele sahiptir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Geleneksel 2D electrospun nanofiber paspaslar Genişletilmiş 3D iskele üzerinden CO2 depressurization araştırıldı dönüştürme. Geleneksel 2D nanofiber paspaslar başarıyla genişletilmiş üzerinden süperkritiğe CO2 sıvı vardır. 2D nanofiber paspaslar en iyi duruma getirilmiş bir koşul altında imal ve paspaslar kenarları bozulmayı olmadan kesmek için kritik adım vardır (Örn., kullanma cerrahi makas keskin). Bu CO2-genişletilmiş nanofibe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser desteklenmiştir tarafından Ulusal Enstitüsü, genel tıp bilimi (NIGMS) (2 P 20 GM103480-06 ve 1R01GM123081 J.X. için), NIH Nebraska Üniversitesi Tıp Otis Glebe Tıbbi Araştırma Vakfı, Doğu LB606 ve başlangıç fonlarından hibe Merkezi.
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).
