RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Sandra L. Arias1, Akshath R. Shetty2, Angana Senpan3, Mónica Echeverry-Rendón4, Lisa M. Reece5,6, Jean Paul Allain1,2,3,7
1Department of Bioengineering,University of Illinois at Urbana-Champaign, 2Department of Nuclear, Plasma and Radiological Engineering,University of Illinois at Urbana-Champaign, 3Micro and Nanotechnology Laboratory,University of Illinois at Urbana-Champaign, 4Program of Study and Control of Tropical Diseases (PECET),University of Antioquia, 5Sealy Center for Vaccine Development,University of Texas Medical Branch, 6WHO Collaborating Center for Vaccine Research, Evaluation and Training on Emerging Infectious Diseases,University of Texas Medical Branch, 7Beckman Institute,University of Illinois at Urbana-Champaign
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
هنا ، نقدم بروتوكولا لجعل نانو السليلوز البكتيري (BNC) مغناطيسيا للتطبيقات في إعادة بناء الأوعية الدموية التالفة. تم تصنيع BNC بواسطة G. xylinus سلالة. من ناحية أخرى ، تم تحقيق مغنطة BNC من خلال هطول الأمطار في الموقع لأيونات الحديدFe 2+ و Fe3+ داخل شبكة BNC.
في هذه الدراسة، يتم تصنيعه nanocellulose بكتيريا (BNC) التي تنتجها البكتيريا Gluconacetobacter xylinus والمشرب في الموقع مع جزيئات أكسيد الحديد (IONP) (الحديد 3 O 4) أن تسفر عن nanocellulose بكتيريا المغناطيسي (MBNC). تركيب MBNC هو عملية متعددة الخطوات الدقيقة والتي صممت خصيصا. لفترة وجيزة، nanocellulose بكتيريا تتشكل (BNC) pellicles من G. الحفاظ عليها xylinus سلالة وفقا لمتطلبات التجريبية لدينا من حجم والتشكل. يتم تحضير نسبة المولي 1 وتضعف في غير المؤكسج المياه عالية النقاء: حل من الحديد (III) هيدرات كلوريد (FeCl 3 · 6H 2 O) والحديد (II) tetrahydrate كلوريد (FeCl 2 · 4H 2 O) مع 2. ثم تم تقديم جليدة BNC في السفينة مع المواد المتفاعلة. يحرك هذا الخليط ويسخن على 80 درجة مئوية في حمام زيت السيليكون وهيدروكسيد الأمونيوم (14٪) ثم يضاف من خلال إسقاط لترسيبالحديدية أيونات في شبكة BNC. هذه الخطوة الأخيرة يسمح تشكل في النانوية الموقع المغنتيت (الحديد 3 O 4) داخل شبكة nanocellulose البكتيرية للتشاور الخواص المغناطيسية لجليدة BNC. تم استخدام فحص السمية لتقييم توافق مع الحياة من جليدة BNC-IONP. تم استخدام البولي ايثيلين جلايكول (PEG) لتغطية IONPs من أجل تحسين توافق مع الحياة الخاصة بهم. المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) الصور أظهرت أن IONP كانت موجودة بشكل تفضيلي في يفية تضافر فضاءات مصفوفة BNC، ولكن تم العثور على بعض منها أيضا على أشرطة BNC. قياسات مجهر القوة المغناطيسية التي أجريت على MBNC الكشف عن المجالات المغناطيسية وجود مع ميداني على مستوى عال وضعف الكثافة المغناطيسية، مما يؤكد الطبيعة المغناطيسية للجليدة MBNC. قيم معامل يونغ التي تم الحصول عليها في هذا العمل هي أيضا في اتفاق معقول مع تلك التي ذكرت لعدة الأوعية الدموية في الدراسات السابقة.
يتم تصنيعه في nanocellulose bacterian (BNC) من خلال الخلالة سلالة xylinum، المعروف أيضا باسم Gluconacetobacter xylinus، وأودعت في شكل أفلام أو pellicles على واجهة الهواء السائل خلال ثقافة ثابتة. هذه pellicles BNC تعتمد على شكل الحاوية حيث تزرع فيها، وسمكها يعتمد على عدد الأيام في الثقافة. أ. يستخدم xylinus الجلوكوز في المتوسط لتركيب وmicrofibrils السليلوز من خلال عملية البلمرة وتبلور لاحقا. ويتم بلمرة بقايا الجلوكوز في غشاء الخلية البكتيرية حيث تنبثق سلاسل جلوكان من المسام واحدة موزعة على المغلف الخلية. يحدث تبلور microfibrils السليلوز في الفضاء خارج الخلية مع تشكيل صفائح سلسلة جلوكان التي كتبها فان دير فال الروابط تليها التراص من الأوراق التي كتبها H-الترابط 1.
مغناطيسالنانوية جيم متكامل لمصفوفة BNC يمكن التلاعب بها بسهولة عن طريق حقل مغناطيسي خارجي من أجل زيادة القوة اللازمة لتوجيه وحصر خلايا العضلات الملساء (SMCS) التي تحتوي على الجسيمات النانوية المغناطيسية، في الموقع المتضرر من جدران الشرايين. وتبقي هذه الاستراتيجية SMCS بعيدا عن الأنسجة الأخرى، وتحمل الخلايا في مكان ضد القوة التي تدفق الدم المبذولة. وقد تبين أن SMCS تلعب دورا هاما في vasoelasticity من الأوعية الدموية، حيث أنها تشكل طبقات وفيرة تقع أساسا في وسائل الإعلام الغلالة 2.
الطريقة المستخدمة لتركيب MBNC ينطوي BNC جليدة مغمورة وأثارت في حل من الحديد (III) tetrahydrate كلوريد (II) هيدرات كلوريد الحديد وفي 80 درجة مئوية. يضاف هيدروكسيد الأمونيوم لتشكيل جزيئات أكسيد الحديد داخل شبكة BNC. إضافة هيدروكسيد الأمونيوم تغير لون المحلول من البرتقالي إلى اللون الأسود. الاتفاق IONPs معا على طول ليفية BNCالصورة مع التوزيع غير موحدة.
ويركز هذا البروتوكول على تصميم البكتيرية-nanocellulose المغناطيسي جليدة جسيمات متناهية الصغر، التي لدينا اسمه nanocellulose بكتيريا المغناطيسي (MBNC)، الذي يهدف إلى استخدام كبديل عن المفقودين، والأوعية الدموية الصغيرة القطر التالفة أو إصابة. HS بارود وزملاء العمل قد نشرت مؤخرا بعمل مماثل لإنتاج ورقة المغناطيسي مرنة تستند BNC-BNC عن طريق خلط pellicles في تشتت مائي مستقر من PEG ومغنطيسية مسايرة فائقة superparamagnetic جزيئات أكسيد الحديد 3. هنا، نحن تصف إنتاج السليلوز البكتيريا والتشريب في الموقع مع النانوية المغناطيسية. تم استخدام فحص السمية الخلوية على أساس الكشف عن فواصل حبلا الحمض النووي واحد لاختبار توافق مع الحياة من pellicles BNC وMBNC.
1. إعداد البكتيرية Nanocellulose (BNC)
ملاحظة: يتم تنفيذ جميع الخطوات تحت ظروف معقمة، ما لم ينص على خلاف ذلك.
2. تجميع من البوليمر المغلفةأكسيد الحديد النانوية وإيداعه في البكتيرية Nanocellulose غشاء
3. توصيف Pellicles BNC وMBNC
فترة الحضانة من G. كان xylinus ما مجموعه 9 أيام، ولكن بدأت pellicles لتشكيل وقت سابق، وكانت واضحة بعد حوالي 2 أيام. يتم عرض مظهر العيانية للBNC في الشكل 1، والشكل الذي يحاكي أن ثقافة نابعة من طبق الشكل 2 يوضح عملية لإنتاج pellicles BNC-IONP، الذي يلخص الخطوات الرئيسية التي تشارك في البروتوكول أعلاه، وكذلك تكوين المكونات الرئيسية.
استخدمت الصور SEM لحل المجهرية، مورفولوجيا، والتوزيع المكاني للألياف BNC (الشكل 3) وتوزيع IONP في functionalized BNC (الشكل 4). يتم تشكيل BNC بواسطة أشرطة غرامة (حوالي 50 نانومتر في القطر) التي تشكل المسام المفتوحة في الشبكة بالكامل دون وجود نمط محدد. وIONP هي تفضيلي الموضعATED بين المسام التي شكلتها تضافر ليفية، وتشكيل مجموعات من 100 نانومتر أو أكثر في الحجم. لا بد فرد IONP أيضا على أشرطة. وMBNC يسلك بنية ليفية أقل المضغوط بالمقارنة مع BNC، ربما لأن IONP جمع أشرطة وBNC و. تم استخدام مجهر القوة المغناطيسية لإعادة بناء الشخصية المغناطيسية في تضاريس MBNC (الشكل 5A، B). تتشكل المسام الكبيرة من 500 نانومتر القطر أو أكبر في MBNC، التي لم تراع في BNC غير المعالجة (الشكل 5A). ويتفق ذلك مع الملاحظات الواردة في microphotographs SEM، حيث يعرض MBNC هيكل أكثر مسامية من BNC معدلة. تم الكشف عن التدرج القوة المغناطيسية مع اثنين من المجالات المغناطيسية المختلفة عبر السطح MBNC (الشكل 5B)، التي لا ترتبط مع التلال والوديان التي شكلتها المناطق IONP الغنية في MBNC الصور الطبوغرافية (الشكل 5A) التباين. الأسواق العالمية ضغطها مرتفع وضعفيتم الرمز المجالات المغناطيسية nsity كما الأصفر والأخضر في الشكل 5B على التوالي. حلقة التباطؤ من الجسيمات النانوية، التي يتم قياس جزءا لا يتجزأ من nanocellulose بكتيريا، هو مبين في الشكل (5) تقديم أدلة على أن جميع IONPs كانت مغنطيسية مسايرة فائقة superparamagnetic في RT، مع عدم التباطؤ.
تم مثقف HASMC في وجود BNC وMBNC لاختبار أي تأثير ضار على سلامة الخلايا الفردية نتيجة التعرض لهذه المواد الغريبة. وكان كميا مدى الضرر في الخلايا الفردية عن طريق الكشف عن فواصل حبلا الحمض النووي (الشكل 6). وتمت مقارنة النتائج إلى HASMC المتزايد في ظل ظروف زراعة العادية من 37 درجة مئوية، و 95٪ الهواء، و 5٪ CO 2 (المراقبة السلبية) وHASMC مع الهيدروجين السمية الوراثية التي يسببها بيروكسيد (100 ميكرومتر H 2 O 2) لمدة 30 دقيقة ( مراقبة إيجابية). وأظهرت المقارنات المقترنة باستخدام اختبار t عشرفي الآثار المترتبة على MBNC على بقاء الخلية كانت مختلفة كثيرا عن تلك التي يسببها العلاج بيروكسيد الهيدروجين على HASMC (ص -value <0.001 ***).

الشكل 1. الجوانب العيانية nanocellulose بكتيريا. قد تم الحصول عليها pellicles BNC بعد فترة الحضانة 11 يوما، والتي هي تقريبا. 3 مم في السمك. فترة الحضانة يعتمد على متطلبات للاستخدام المقصود. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2. تصنيع nanocellulose بكتيريا functionalized مغناطيسيا. يتم تجميع جزيئات أكسيد الحديد، وأنا ncorporated في الموقع الطبيعي داخل BNC، مما أسفر عن MBNC. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3. ووزارة شؤون المرأة صورة BNC. يعرض BNC شبكة غرامة وأشرطة غير مجمعة مع أحجام 50 نانومتر أو أقل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4. SEM صورة BNC-IONP جليدة. النانوية أكسيد الحديد (IONP) يتم وضع تفضيلي بين أشرطة التداخل.د / 52951 / 52951fig4large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5. فؤاد تضاريس MBNC والهياكل مجال المغناطيسي. الطبوغرافيا (A) سطح MBNC تظهر بقع من الجسيمات النانوية تعبئتها للغاية، التي تقف فوق هيكل nanofibril. (ب) مجالات صفراء وخضراء دلالة على منطقتين من مغنطة مختلفة من الحقل العالي وضعف كثافة المغناطيسي على التوالي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6. مدى التلف في الحمض النووي في HASMC بعد أن تعرضلBNC، وMBNC على التوالي. PosCtl يدل HASMC التي خضعت الهيدروجين بيروكسيد العلاج لأغراض المقارنة. NegCtl يدل HASMC المتزايد في ظل ظروف زراعة العادية. وكانت الآثار الضارة للMBNC على HASMC الجدوى وتختلف كثيرا عن تلك التي لوحظت في PosCtl (القيمة الاحتمالية <0.001 ***). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
هنا ، نقدم بروتوكولا لجعل نانو السليلوز البكتيري (BNC) مغناطيسيا للتطبيقات في إعادة بناء الأوعية الدموية التالفة. تم تصنيع BNC بواسطة G. xylinus سلالة. من ناحية أخرى ، تم تحقيق مغنطة BNC من خلال هطول الأمطار في الموقع لأيونات الحديدFe 2+ و Fe3+ داخل شبكة BNC.
تم تمويل هذا العمل من قبل وزارة الدفاع بموجب العقد رقم W81XWH-11-2-0067
| Glucoacetobacter xylinus< / em> | ATCC | 700178 | |
| Agar | Sigma Aldrich | A1296-500G   ؛ | |
| D-Mannitol Bioxtra | Sigma Aldrich | M9546-250G | |
| مستخلص الخميرة | BD Biosciences | 212750 | |
| الببتون البكتريولوجي | سيجما ألدريتش | P0556 | |
| هيدروكسيد الصوديوم ، محلول 50٪ في الماء | سيجما ألدريتش | 158127-100 جم | |
| حديد (III) كلوريد سداسي هيدرات | سيجما ألدريتش | 236489-100G & nbsp ؛ | |
| هيدروكسيد الأمونيوم | ماكرون فاين كيماويات | 6665-46 | |
| بولي (إيثيلين جلايكول) ، متوسط Mn 400 | Sigma Aldrich | 202398-250G & nbsp ؛ | |
| الحديد (II) كلوريد رباعي الهيدرات | Sigma Aldrich | 44939-250G | |
| طبق بتري القابل للتصرف | Sigma Aldrich | BR452000 | |
| حلقة التلقيح القابل للتصرف | فيشر Scientific | 22-363-604   ؛ | |
| كبريتات الكالسيوم اللامائية | WA Hammond Drierite | 13001 | |
| شحم عالي الفراغ | Sigma Aldrich | Z273554-1EA | |
| إبرة ماصة مختبر مع 90 درجة ؛ نهايات حادة | Sigma Aldrich | CAD7937-12EA | |
| شرائط اختبار الأس الهيدروجيني   ؛ | Sigma Aldrich | P4786-100EA | |
| قارورة تقطير من نوع زاوية العنق المستديرة | ذات الزوايا الثلاثة Sigma-Aldrich | CLS4965250 | |
| زيت السيليكون لحمامات الزيت | Sigma-Aldrich | 85409-250ML | |
| أنبوب التجفيف | Chemglass | CG-1295-01 | |
| سدادة الحاجز ، نوع الأكمام | Chemglass | CG-3022-98 | |
| شريط التحريك المغناطيسي | Chemglass | CG-2001-05 | |
| مكثف | Chemglass | CG-1218-01 | |
| جهاز التحكم في درجة الحرارة | BriskHeat | SDC120JC-A | |
| لوح | تسخين التحريكفيشر ساينتفيك | 11-100-49SH | |
| مجموعة فحص المذنب | Trevigen | 4250-050-K | |
| SYBR Gold Nucleic Acid Gel Stain | Life Technologies | S-11494 | |
| bio-AFM | JPK Instruments | NanoWizard 4a BioScience AFM | |
| Nanoindenter | Micro Materials Ltd | جهازاختبار ميكانيكي متعدد الوحدات | |
| الفحص المجهري الإلكتروني الماسح (SEM) | هيتاشي هاي تكنولوجيز أمريكا | هيتاشي S-4800 |