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Articles by Karen Christman in JoVE
JoVE Bioengineering
心肌组织工程生物衍生的注射材料的制备
University of California, San Diego
准备脱细胞组织注射基质凝胶注入大鼠心肌的方法
Other articles by Karen Christman on PubMed
纤维蛋白支架纤维蛋白胶单和骨骼肌成肌细胞保持心肌梗死后心功能。
心肌组织工程中心周围的交付到心外膜表面的细胞支架的使用中的当前努力。在此研究中，我们检查注射用脚手架和墙支持在心肌缺血纤维蛋白胶的影响。左的冠状动脉的大鼠被阻塞 17 分钟，再灌注。超声心动图进行梗死后 8 天。1 至 2 天后，0.5%牛血清白蛋白 （BSA） 在磷酸缓冲盐渍，纤维蛋白胶单、 单、 骨骼肌成肌细胞或骨骼肌成肌细胞在纤维蛋白胶被注入缺血性左心室。超声心动图再次进行了注射后 5 个星期。动物然后被牺牲，心中新鲜冷冻和剖切的组织学和免疫组化。缩短分数 (FS) 与牛血清白蛋白组的脑梗死壁厚 5 周后显著下降 (p = 0.0005 和 0.02，分别)。与此相反的是，这两个测量的纤维蛋白胶组、 单元格组和纤维蛋白胶组中的单元格没有多大变化 （财政司司长： p = 0.18、 0.89、 和 0.19，分别 ； 墙体厚度： p = 0.40、 0.44、 0.43，分别)。纤维蛋白胶是能够保留在大鼠心肌梗死后梗死墙厚度及心脏功能，可能是有用的生物材料支架的心肌细胞移植。
增强新生血管形成的生物聚合物 Pleiotrophin 质粒的分娩后的心肌缺血。
冠心病目前是在西方世界的头号杀手。治疗血管生成剂目前正在审查这一疾病的治疗。我们最近表明治疗心肌缺血的有效使用的 Pleiotrophin (PTN) 作为一种治疗剂。此外，我们还所示注高分子纤维蛋白胶可以保留左心室几何，并防止心肌梗死后心功能恶化。由于裸质粒注射低转染效率，我们审查了使用 PTN 质粒和生物聚合物作为基因激活心肌矩阵。在此研究中，我们证明交付 PTN 质粒在纤维蛋白胶增加相比注射生理盐水的裸质粒的新生血管形成。
Pleiotrophin 诱导体内功能新生血管的形成。
Pleiotrophin (PTN) 是肝素结合生长/分化诱导共享 50%氨基酸序列标识和惊人的域同源同中期因子 （MK），只有其他家庭的成员 Ptn/Mk 发育相关基因的细胞因子。Ptn 基因表示，早期血管发育胚胎和伤口愈合过程中的站点并且在许多人类肿瘤中的本构表达是与暗示 PTN 具有重要作用，在发展期间的血管生成及创面修复和晚期的恶性肿瘤的血管生成表型相关联。若要直接测试 PTN 是否体内的血管，我们注射质粒表达的 PTN 到心肌缺血大鼠。Pleiotrophin 刺激正常出现新毛细血管和小动脉，其中每个了小动脉标记，平滑肌细胞 α-肌动蛋白容易探测水平统计上的显著增加。此外，新成立的血管被证明存在冠状动脉血管系统互连。这些研究的结果表明，PTN 是体内能够发起新血管形成，既是有效的血管生成代理直接在外观和功能正常。这些数据表明 PTN 信号通过刺激不同功能不同的细胞类型不局限于血管内皮细胞在其能力更加"完整"的新血液血管形成。
使用 PH 响应性聚合物和光蛋白感光性。
蛋白质和肽芯片将用于医疗诊断的热门候选人因高灵敏度和同时标记筛选的可能性。为了实现这些阵列的潜力，我们需要配体阵列的新战略。我们报告一种阵列蛋白质方法，它利用一种 pH 响应性聚合物、 深紫外 (深紫外） 光和产酸 (PAG)。保利 (3，3'-diethoxypropyl 甲基丙烯酸甲酯) (PDEPMA) 包含无功缩醛侧链而醛酸治疗后会转换。PDEPMA 是自旋涂到 Si-SiO(2) 基板和是化学 deprotected 与 1 M HCl 或光化学 deprotected triphenylsulfonium 三下到深紫外曝光的。转换为醛组证实与 Purpald 和绿色荧光羟胺反应。蛋白质芯片是跟红色荧光亲醛无功生物素与孵化光化学图案的表面可见一斑。此方法用于精确的多肽和蛋白质的各种生物的应用程序包括医疗传感器阵列提供了新的基底。
亚微米亲蛋白质组装模式。
醛功能微米和亚微米尺度特征是聚合物薄膜的光刻技术开发蛋白质固定化和生物有关分摊比额表大会的平台，捏造的。电影包含 pH 反应型聚合物聚 (3，3'-diethoxypropyl 甲基丙烯酸酯) 和产酸 (PAG) 被图案从 500 到由 365 nm （i 线） 光线照射 40 妈妈 nm。后 PAG 激活和水解缩醛类、 醛群体形成。电影素醛无功探针孵育后，x 射线光电子能谱结果符合生物素被附加到表面。背景是后来钝化的洪水暴露和孵化与终止 aminooxy poly(ethylene glycol)，导致非特异性蛋白吸附减少了 98%。蛋白质阵列和大会被表明使用亲、 素炭疽毒素受体-1 和炭疽毒素保护性抗原结构和荧光显微镜和原子力显微镜 （AFM） 证实。原子力显微镜表明 500 nm 蛋白质功能的实现。素蛋白的丰度，因为这种方法蛋白质固定化和生物技术的各种应用程序的程序集提供了一个平台。
用于治疗心肌梗死的生物材料。
近十年，研究人员调查了细胞移植治疗心脏修复的可能性。最近，组织工程与生物材料等新兴领域已经开始提供可能的治疗方法。组织工程方法设计用于修复丢失或损坏组织通过使用生长因子、 细胞移植和生物材料支架。目前有 3 种生物方法治疗心肌梗死 (MI)。第一项涉及高分子左心室限制在预防心衰。第二个利用体外工程化心肌组织，随后植入体内。最后的这个方法需要注射细胞和 (或) 心肌创建原位脚手架工程化心肌组织。这一审查概述了 MI 治疗日益扩大的生物材料领域的当前进展情况。
表面蛋白质的电化学可控配合。
表面的蛋白质固定化的合理设计是必不可少的各种生物和医学应用程序从分子诊断学到先进的分子基础研究平台和细胞生物学。我们制定了先进的电化学基础的办法网站选择性和反应控制固定化蛋白质的表面上。当 4 nitrothiophenol 金电极表面分子单层电化学降低其硝基群体的选择性方式时，由电位扫描，负担氨基胺液可以用来协调到表面蛋白的固定化。这种蛋白质固定化战略可能允许一个制作复杂蛋白质结构表面处理在生物学和医学的基础和应用问题。
由固定化对肝素模仿聚合物纳米生长因子模式。
在此研究中，磺酸基的固定化的聚合物与肝素结合域在细胞内信号传递重要的生长因子之间的静电相互作用被利用纳米图形的新的蛋白质。聚 (甲基丙烯酸钠 4-苯乙烯-co-poly(ethylene glycol)) (pSS-co-pPEGMA） 由使用乙酯 S-thiobenzoyl-2-thiopropionate 作为链转移剂和 2，2'-丁腈 (AIBN) 作为始作俑者的可逆加成断裂链转移 (筏) 聚合合成。GPC，1 H nmr 特点是由此产生的聚合物 (1) 红外和紫外可见和了数均分子量 （Mn） 的 24,000 和 1.17 分子量分布指数 (PDI)。1 水相结束集团沦落到巯基和聚合物后来固定化金衬底上。基本的成纤维细胞生长因子 (bFGF) 和血管内皮生长因子 (VEGF) 的肝素结合域通过聚合物的绑定然后确认了表面等离子体共振 (SPR)。交互是在生理盐浓度的稳定。1 聚合物是交联到使用形成微型和 nanopatterns 电子光束作家的硅晶片上。取得了 100 nm 和任意纳米功能 （如同心圆和连续正方形和三角形的决议。荧光显微镜证实 bFGF 和 VEGF 随后固定化的聚合物微型和 nanopatterns。
自然派生心肌基质为注射用支架的心脏组织工程。
心肌组织缺乏显著再生心肌梗死后本身的能力，因此组织工程战略所需的修复。心脏组织工程 ； 审查了几种可注射材料但是，没有一个旨在专门模仿心肌。这项研究的目的是调查的体外性质和目的是模仿自然的心肌细胞外环境注射用心肌基质体内潜力。脱细胞猪心肌组织并处理以形成心肌基质与凝胶在 37 摄氏度的体外和体内后注入大鼠心肌组织的能力。生成的心肌矩阵保持组成复杂，包括糖胺聚糖的内容，并能够组装形成纳米纤维结构。显示血管内皮细胞及平滑肌细胞迁移对心肌基质体外和体内动脉形成 11 天封存在显著增加。矩阵还成功地在推动临床使用的导管，表明其潜力为微创手术治疗。因此，我们演示了初步的可行性和潜力的自然派生的心肌基质为注射用支架的心脏组织工程。
注射用心肌基质为心肌组织工程支架材料。
利用心肌组织工程中的当前可注射性材料借用其他组织工程应用程序和已不专为心肌。我们最近测试了使用针剂的心肌细胞外基质，将提供心脏特定矩阵提示，以及适于到微创交付的可行性。我们已经展示了这种材料自产这种体内形成纳米纤维支架，它支持的新生血管渗透。我们还表明这种材料可能传递微侵入通过导管。
在纳米尺度电子束束交联功能高分子材料与定位多个蛋白质。
构建多元蛋白结构相匹配的那些在自然界发现的复杂性为下一代的医用材料至关重要。在本报告中，介绍了用于精确排列多组分蛋白 nanopatterns 在二维单层或三维多层格式使用电子束的通用方法。八臂 poly(ethylene glycol) s (销子) 与生物素、 马来酰亚胺、 aminooxy 或 nitrilotriacetic 酸链两端进行了修改。1 H 核磁共振光谱法分析表明反应是有高效率及结束组转换 91-100%。聚合物是然后交联硅表面使用电子束来形成微米级大小模式的功能组。蛋白质与生物素结合位点、 免费半胱氨酸、 N 终端 α-oxoamide 和组氨酸的标记，分别，然后被孵化在不添加任何其他试剂水溶液中基质。由荧光显微镜实验已确定蛋白质反应定点与向窗体感光性暴露的功能组。多组分纳米蛋白质模式然后被捏造。与正交化反应研究不同盯住了按顺序图案在同一芯片上。同时大会的两个不同的蛋白质的生物分子混合物从形成的多组分的二维模式。原子力显微镜表明形成纳米级聚合物模式，和荧光显微镜表现出不同的蛋白质--并排模式获得。此外，多层聚乙二醇制备生产上，另一个功能组的微米和纳米级模式。然后实现了精确的三维安排不同的蛋白质。
设计和注射心包矩阵凝胶表征： 可能自体心脏组织工程支架。
后心脏缺血性损伤，很少或没有修复发生的造成心脏功能逐步退化，导致充血性心力衰竭。心肌组织工程战略侧重于设计的注射各种支架到复杂的细胞外基质 (ECM) 从单组分材料作文中该范围-衍生材料。在这项研究，心包 ECM，常用的生物材料，作为可注射支架用于心脏修复进行了调查。已确定脱细胞猪心包可溶性的形式可以注入，并诱使凝胶体内，促使人类心包，已决定提供自体疗法的优势与调查。表征显示矩阵凝胶保留本机心包 ECM，与现存的蛋白质和糖胺聚糖内容确定的组件。体外迁移能力测定的结果表明猪心包基质是强趋化对于相应的单元格类型，但在体内结果表明两种材料造成统计上类似数量的新生血管，表明作为注射治疗的可行性。潜在的干细胞动员支持 c 的存在-工具包 + 矩阵注射区域内的单元格。这项工作，与心包被标识为自体支架治疗心肌梗死的新型源。
可注射性材料的心肌梗死和心衰治疗： 脱细胞矩阵的承诺。
心血管疾病仍然是死亡，这表明需要新的疗法，治疗心肌梗死后心衰的进展的主要原因。由于心肌组织再生本身的能力有限，实验生物疗法有侧重坏死的心肌细胞的更换和修复受损的细胞外基质。虽然于心外膜表面的心脏外科手术应用脱细胞和细胞的心脏修补程序，可注射性材料提供直接进入心肌替换损坏的细胞外基质或作为支架材料的细胞传递微创交付的潜在优势。心脏特定脱细胞的矩阵提供的进一步的优势在于它的本机的生化和结构矩阵组成，以及可能是自体疗法仿生。这项检讨将专注于基于导管的交货的理想脚手架的要求以及心脏修复注射材料作为突出脱细胞矩阵的承诺。
表面图案的生成定义纳米尺度矩阵。
虽然干细胞的培养主要通过增加可溶性因素对媒体的控制，对干细胞更新和分化的细胞外基质的影响最近已经到最前线。体内，单元格坚持和响应是在纳米尺度的提示，如此规模的细胞外基质成分的演示文稿，是模仿的体内环境的关键。我们开发了一种高度灵活的 nanopatterning 技术，利用蛋白质和肽活性聚合物和电子束可以用于学习矩阵对干细胞更新和分化的影响。
简单和高准备组织特定的细胞外基质涂料细胞培养高产栽培方法。
本机的细胞外基质 (ECM) 组成的高度复杂的组织特异性蛋白和多糖，这有助于调节许多细胞功能的网络。尽管 ECM 的复杂性质，基于细胞的体外研究传统上评估单元格上 ECM 的单个组件基板，充分请勿模仿体内细胞外环境中的行为。
可注射水凝胶从脱细胞人体脂肪组织提取的脚手架。
软组织填料迅速日趋普及审美改进或脂肪组织赤字的修复。几个可注射生物大分子已为此目的，进行调查，但往往显示快速吸收或有限成脂和请勿模仿本机脂肪细胞外基质 (ECM)。我们已通过有效地消除人体脂肪组织提取的蜂窝和脂质内容生成可注射脂肪矩阵支架。脱细胞的材料保留复杂组成的多肽和糖胺聚糖在本机脂肪 ECM 中找到。此矩阵，可以进一步由溶磷提取的 ECM 生成自产这种皮下注射后的热敏感水凝胶的处理。这水凝胶还支持增长和生存的病人匹配脂肪干细胞体外。从人体脂肪组织提取可注射水凝胶的发展表示源材料和交付的脚手架脂肪组织工程这两个集合的微创的选项。
蛋白质 Nanopatterns 肟债券形成的。
在纳米尺度的蛋白质阵列是重要的生物学与医学中的应用程序。特征尺寸减少了，正如关键固定化战略提供特定于站点的生物分子的附件。在这项研究，肟化学被利用共轭到纳米级功能的蛋白质。保利 (中银 aminooxy tetra(ethylene glycol) 丙烯酸甲酯) 是由自由基聚合反应合成的。聚合物被图案到使用电子束束作家的硅晶片上。三氟乙酸脱酸的中银集团提供所需的 aminooxy 功能。以这种方式，同心正方形和连续领结形状的图案是 150-170-nm 宽特色捏造的。泛素在 N-总站与 α-ketoamide 集团和 N (ε) 修改-levulinyl 赖氨酸修饰的牛血清白蛋白后来共轭聚合物 nanopatterns 的。蛋白质固定化荧光显微镜所证实。控制对受保护的表面进行研究，并使用 O methoxyamine 与 presaturated 蛋白表示附件发生通过肟债券形成。
人类 Cardiomyogenesis 和系统生物学分析的需要。
心血管疾病仍然是主要的死亡原因中西方世界和心肌梗死是对这种疾病的主要方面之一。心脏肌肉有限自然自我更新之后损伤及限制的供应的心脏移植手术已鼓励研究者调查其他手段来刺激受损心肌再生。对多个宗族的干细胞的可塑性，能够提供潜力修复心脏损伤后。有他们的能力成早期心肌细胞分化的胚胎干细胞进行了广泛的研究、 然而，只有部分定义路径和效率不足限制了其临床适用性。一些研究表明，cardiomyogenesis 从成人骨髓间充质干细胞、 骨髓和脂肪组织，但其分化途径仍然很差详细和这些结果仍有争议。使用干细胞在心脏损伤动物模型中令人鼓舞的结果，尽管背后下坡向心肌细胞分化的驱动机制尚未确定。目前，没有关于在系统一级上 cardiomyogenesis 的资料极少。干细胞分化的结果从监管严密的时空模式中运行的多个信号参数。调查从系统生物学角度来看这种现象可以揭开深奥机制来控制 cardiomyogenesis，否则将需要大量的体外测试。
脱细胞心肌基质支架材料特性的调制。
可注射性材料提供潜在的微创治疗的心肌梗死 (MI)，作为脱细胞支架或单元交付车辆。最近开发的心肌基质水凝胶，源自猪心室的脱细胞组织有可能帮助心脏修复后闽的横肉，我们着手研究对心脏水凝胶刚度、 降解性能、 细胞迁移和体外的导管抗裂交联的影响。交联增加的刚度，同时减缓通过凝胶的降解和细胞迁移。此外，通过临床相关的导管推交联的材料。这些结果表明心肌基质材料属性可以进行调整，通过交联，同时保持适当粘度的导管抗裂。
病人与病人心脏修复自体心包基质支架材料的变异性。
替代治疗终末期心衰心肌梗死后的追求导致各种各样的原位凝胶材料的发展以用作心脏修复细胞或脱细胞支架。以前，一种协议成立，decellularize 人和猪的贲门周围及加工成一种可注射的形式的细胞外基质 (ECM)。由此产生的凝胶被发现保留组件的本机的细胞外基质 ；促进细胞浸润了体内，而且新生血管观察 2 周。然而，一种注射人体心包组织可能是潜在自体心肌组织工程支架的说法需要的病人与病人变化的评估。这项工作，与人口有关病人从七人贲门周围加工成凝胶时带到生理条件的可注射基质材料。在其蛋白质组成、 糖胺聚糖含量、 体外降解、 体内的凝胶和微观结构比较所产生的材料。它是观察到样品的一个子集减少的胶原含量可以防止体外凝胶但不是在体内凝胶在 ECM 浓度较低。结构对于跨所有样本，这意味着细胞浸润可能同样方便，同样是纤维和多孔。生化组成串联质谱的特点是可比性 ；跨所有样品和各种各样的 ECM 蛋白的存在，基本 ECM 组件均受到保育和糖蛋白证明保留的生化复杂性后处理。它是得出结论人类心包组织标本内的变异并不妨碍他们从被加工成可注射支架 ；因此，心包组织提供一个充满希望的来源为自体、 注射用生物材料支架材料。
由生物惰性材料增加的梗死墙厚度不足以防止消极左心室心肌梗死后重构。
几种可注射材料表明来维护或改善心脏功能，以及预防或延缓左心室 （LV） 重塑心肌梗死 （MI）。然而，尚不清楚是否是结构性的支持或这些有益的影响导致的聚合物的生物活性。本文中，我们通过增加墙体厚度影响心脏功能 MI 后使用生物惰性、 非可降解的高分子合成在工作中更好地理解其中注射材料会影响左心室重塑的机制检查 LV 墙如何被动结构增强。
脱细胞猪脑细胞培养和组织工程支架的矩阵。
细胞外基质 (ECM) 扮演重要的角色，例如查封、 分化和增殖的细胞行为的影响。然而，在传统文化和组织工程战略，单个蛋白质被频繁使用，其中请勿模仿看到体内的复杂细胞外微环境。在这项研究中我们报告一种 decellularize 使用洗涤剂的脑组织的方法。此脱细胞的脑矩阵是丰富的糖胺聚糖和包含胶原蛋白我、 胶原三、 胶原 IV、 V 胶原蛋白、 胶原六、 串珠和层粘连蛋白。通过进一步加工成液体状材料，大脑矩阵可以用作单元格文化涂层。源自人类诱导的多功能干细胞在脑矩阵上镀的神经元表达神经元的标记，并承担神经元的形态。此外，相同的材料可以可能用作支架组织工程作为它在体内形成一种凝胶注射后重新装配。因此，我们的工作还演示如何使用脱细胞的脑 ECM 培养细胞和组织工程应用程序的能力。
裁缝材料性能的纳米纤维细胞外基质派生的水凝胶。
在本机组织内，细胞与细胞外基质 (ECM) 之间的相互作用是细胞迁移、 增殖、 分化、 机械稳定性的必要条件和信号。它表明脱细胞细胞外基质可加工成可注射制剂，从而可进行微创的交付。经注射及温度的增加，这些材料组装成多孔凝胶形成纤维纳米结构的复杂网络。在这项研究，我们旨在检查并调整材料属性的自我组装的 ECM 水凝胶来自猪的心肌组织，作为具体注射用支架的心脏组织工程组织制定的。没有以前探讨对 ECM 水凝胶凝胶参数的影响。我们研究了如何调节 ph 值、 温度、 离子强度和浓度受纳米体系结构、 力学性能和凝胶动力学的影响。这些材料的特点进行了评估使用扫描电镜、 表征和分光光度法，分别。由于心肌基质的主要成分是胶原蛋白，ECM 水凝胶和胶原凝胶之间的许多相似之处发现的纳米纤维结构和性能调制通过改变离子强度。然而，从胶原凝胶变异指出凝胶温度和不同时间和凝胶的速率。胶原蛋白，相比这些差异可能是由于存在其他 ECM 组件中的脱细胞 ECM 基于水凝胶。这些结果表明如何能为未来的体外和体内应用定制 ECM 水凝胶的材料特性。
生物材料治疗心肌梗死为期 5 年的更新。
在生物材料治疗心肌梗死 （MI） 上的第一次审查是在 2006 年写的。在过去的 5 年中，生物材料治疗 MI 和随后左心室重构的一般方法保持不变的即左心室限制、 心外膜修补程序和注射疗法。尽管如此，已在这一领域，包括对大型动物临床前研究以及最近，对临床试验的生物疗法提高地位的重大事态发展。这次审查的重点是过去五年来在 MI 的心脏生物材料治疗领域取得的进展。
抗菌和细胞胶粘剂多肽和保利 (乙二醇) 凝胶为潜在支架的伤口愈合。
理想的伤口愈合脚手架应提供适当的物理及力学性能，防止继发感染，以及优秀的生理环境，促进细胞粘附、 增殖和/或分化。因此，我们制定多肽细胞胶合成水凝胶具有固有的抗菌活性。一系列的多肽，poly(Lys)(x)(Ala)(y) (x + y = 100)，与无金属开环聚合的 NCA-Lys(Boc) 和 NCA Ala 单体通过各种疏水性 (NCA = N-羧基酸酐) 介导 hexamethyldisilazane （HMD） 作了综述。这些多肽是交联 6 臂聚乙二醇 (PEG)-succinimidyl 戊二酸酯酰胺 (ASG) (M(w)=10K) 向窗体水凝胶，凝胶时间为五分钟，储能模量 (G') 1400年-3000 Pa 为表征的特点。水凝胶形成的交联的 poly(Lys)(60)(Ala)(40) (5 wt.%) 和 6 臂聚乙二醇-助理秘书长 （16 wt.%)凝胶 ㈢ 展示细胞粘附和优越于其他多肽水凝胶的细胞扩散活动。此外，凝胶三显示对大肠埃希氏大肠杆菌 JM109 和金黄色葡萄球菌 ATCC25923 重大抗菌活性。因此，我们开发新颖、 单元格胶粘剂的水凝胶具有固有的抗菌活性，为潜在的支架的皮肤伤口愈合。
