ثلاثي الطبقات Electrospinning لتقليد العمارة الشرياني الأصلية باستخدام Polycaprolactone ، الإيلاستين ، والكولاجين : دراسة أولية

الهدف العام من التجربة التالية هو ملاحظة كيف يمكن للتغيرات في خصائص المواد للطبقات المختلفة أن تؤثر على الخصائص الميكانيكية العامة للطعم. ويتم تحقيق ذلك من خلال تحضير محاليل بوليمرية طبيعية واصطناعية لتوفير معايير الغزل الكهربائي المثلى. وكخطوة ثانية، يجب دمج المحاليل بنسب محددة، مما سيوفر التغيير المطلوب في خصائص المواد.

بعد ذلك، يتم غزل المحاليل كهربائياً على قالب أسطواني لإنشاء بنية متعددة الطبقات ذات خصائص ميكانيكية متفاوتة. وقد تم الحصول على نتائج تظهر تغيرات في الخصائص الميكانيكية بناءً على المطاوعة، وقوة التمزق، واحتباس الغرز، واختبار الشد أحادي المحور، والتحليل الرياضي. مرحباً، اسمي مايكل مكلور.

سأتحدث إليكم اليوم عن طريقة الغزل الكهربائي لإنتاج سقالات إسفنجية ثلاثية الطبقات للطعوم الوعائية. وتتمثل إحدى المزايا الرئيسية لتقنيتنا مقارنة بالتقنيات الأخرى، مثل الطعوم الوعائية أحادية الطبقة، في قدرتنا على الضبط الدقيق لخصائص المواد داخل الطبقات الفردية، مما يؤثر بالتالي على الخصائص الميكانيكية الإجمالية للمادة. وقبل البدء في عملية الغزل الكهربائي، يتم استخلاص الكولاجين من قرنية بقريّة يبلغ عمرها ستة أشهر باستخدام عملية تعتمد على حمض الأسيتيك. ثم يُنقى هذا الكولاجين المستخلص من خلال سلسلة لاحقة من عمليات الإذابة والترسيب والديلزة. اجمع ما لا يقل عن 500 milligrams من الكولاجين المجفف بالتجميد لإجراء عملية الغزل الكهربائي.

بعد ذلك، وباستخدام وعاء وميضي سعة 20 milliliter، قم بتحضير محلول من polycaprolactone بتركيز 100 milligram per milliliter عن طريق قياس 150 milligrams من حبيبات المونومر وإذابتها في 50 milliliters من 1 1 1 3 3 3 hexa fluoro, two propanol. وباستخدام الإجراء نفسه، قم بتحضير سبعة milliliters من elastin بتركيز 200 milligrams per milliliter، وسبعة milligrams per milliliter من collagen. ثم استخدم خمسة أوعية وميضية واجمع خمسة milliliters إجمالية من محلول PCL و elastin و collagen في كل وعاء وفقاً للنسب الحجمية التالية: 98 إلى 2 إلى 0 من PCL و elastin و collagen لتمثيل الغلالة الباطنة للشريان (arterial intima)؛ و 45 إلى 45 إلى 10، و 55 إلى 35 إلى 10، و 65 إلى 25 إلى 10 من PCL و elastin و collagen لتمثيل الغلالة المتوسطة للشريان (arterial media)؛ و 70 إلى 0 إلى 30 من PCL و elastin و collagen لتمثيل الغلالة الخارجية للشريان (arterial adventis).

الآن، باستخدام إبرة ذات سن غير مدبب قياس 18 وبسعة ثلاثة مليلتر، قم بتحميل ثلاثة مليلتر من المحلول على مضخة حقن. بالنسبة لخصائص المواد الفردية لكل محلول من PCL Elastin collagen، اضبط معدل التوزيع على أربعة مليلتر في الساعة لإجمالي ثلاثة مليلتر.

سيتم غزل هذه المحاليل كهربائياً على مغزل مستطيل لتصميم طعوم متعددة الطبقات باستخدام محاليل بوليمر PCL والإيلاستين والكولاجين. سيتفاوت معدل الغزل الكهربائي اعتماداً على المرحلة الانتقالية وطبقة الغزل الكهربائي؛ حيث تكون محاليل البوليمر للطبقة الداخلية بمعدل أربعة milliliters per hour وحجم 0.5 milliliters، يلي ذلك مرحلة انتقالية تجمع بين حقنتي الطبقتين الداخلية والوسطى باستخدام 0.2 milliliters وبمعدل غزل كهربائي قدره two milliliters per hour لكل منهما. بعد ذلك، يتم إغلاق حقنة الطبقة الداخلية وغزل الطبقة الوسطى بحجم 0.6 milliliters وبمعدل أربعة milliliters per hour.

اتبع ذلك بمرحلة انتقال بين محقنة الوسط ومحقنة الـ adventis باستخدام 0.2 milliliters من محلول البوليمر بمعدل تدفق قدره two milliliters per hour لكل منهما. وأخيراً، أغلق محقنة الوسط واستمر في الغزل الكهربائي للـ adventis لمدة 0.4 milliliters بمعدل أربعة milliliters per hour. بعد عملية الغزل الكهربائي، استخدم 50 millimolar من EDC على كل عينة واتركها لمدة 18 hours لإتمام عملية الربط التشابكي قبل إجراء المزيد من الاختبارات.

لاختبار معاملات الشد أحادي المحور للمواد المغزولة كهربائياً، قم أولاً بترطيب الشريحة المغزولة كهربائياً في 15 milliliters من محلول PBS بتركيز 1× لمدة 24 ساعة في طبق بتري. بعد ذلك، وباستخدام خرامة على شكل عظمة الكلب (dog bone punch) بطول قياس 7.5 millimeters وعرض 2.5 millimeter عند أضيق نقطة، قم بخرق ست عينات من الحصيرة المغزولة كهربائياً. سيضمن هذا الشكل حدوث فشل المادة عند أضيق نقطة فيها.

بعد ذلك، وباستخدام نظام اختبار MTS Bionics 200، يتم اختبار عينات BUN للأقطاب الكهربائية باستخدام خلية تحميل 100 N ومعدل تمدد قدره 10 مليمتر في الدقيقة. استخدم برنامج العمل الخاص بالاختبار لحساب ذروة الإجهاد، والمعامل، والانفعال عند الكسر لكل منتج مادي على حدة. ولاختبار ثبات الغرز في الطعوم متعددة الطبقات، يتم جمع ست عينات أنبوبية مختلفة من الإسفنج الكهربائي بقطر 2 مليمتر وطول 3 مليمتر، ثم تُنقع العينات في طبق بتري يحتوي على 1× PBS لمدة 24 ساعة في حاضنة عند 37 درجة مئوية.

بعد ذلك، استخدم خلية تحميل 50 N ومعدل تمدد قدره 150 millimeters per minute. لاختبار ثبات الغرز باستخدام نظام MTX bionic 200، ضع خمسة من خيوط PDs التجارية 0. Two violet monofilament.

قم بإجراء خياطة على بُعد 2 mm من نهاية العينة باستخدام الفرجار للقياس، وقم بالتمديد حتى تنسحب الخياطة من خلال الطعم، مع تسجيل ذروة الحمل بوحدة جرام-قوة (gram's force) باستخدام برنامج TestWorks الإصدار الرابع. لاختبار قوة الانفجار في الطعوم المغزولة كهربائياً، اجمع ست عينات أنبوبية أخرى مختلفة مغزولة كهربائياً بقطر 2 mm وطول يتراوح بين 2 إلى 3 cm، وقم بترطيبها في محلول PBS لمدة 24 ساعة عند 37 °C. بعد الترطيب، قم بتركيب الأنبوب فوق حلمة بقطر 1.5 mm متصلة بالجهاز، وثبتها باستخدام خياطة حريرية مقاس 2-0 عن طريق ربط عقدة جراحية حول نهاية الطعم والحلمة، ثم أدخل الهواء في نظام اختبار الانفجار وقم بزيادة الضغط بمعدل 5 mmHg في الثانية حتى ينفجر الأنبوب.

اجمع البيانات المتعلقة بقوة الانفجار باعتبارها الضغط مقاساً بالميليمتر زئبق الذي تتم عنده تمزق الأنابيب. وأخيراً، قم بتقييم المطاوعة الديناميكية من خلال الحصول على ست طعوم أنبوبية بقطر 2 mm مأخوذة من ست طعوم مختلفة مغزولة كهربائياً، مقصوصة بطول 3 cm. قم بترطيب العينات في PBS لمدة 24 ساعة.

عند درجة حرارة 37 °C. يتم تركيب الطعوم فوق حلمة مصنعة بقطر 1.5 millimeter مع تثبيتها باستخدام غرزة حريرية بمقاس 00 عن طريق ربط عقدة جراحية. توضع الطعوم في مفاعل حيوي ذكي لهندسة الأنسجة عبر التحفيز الميكانيكي طورته شركة tissue growth Technologies.

املأ المفاعل الحيوي بـ 500 milliliters من PBS عند درجة حرارة 37 °C. اضبط المفاعل الحيوي لتوفير تغيير دوري في الضغط بتردد 1 hertz داخل الطعم، واختبر ثلاثة مستويات ضغط مختلفة وهي 90 over 50 و 120 over 80 و 150 over 110 mmHg لضغوط الانقباض والانبساط. عند تنفيذ بروتوكولات الغزل الكهربائي بشكل صحيح، يجب أن يكون المنتج النهائي عبارة عن أنبوب ناعم وبدون درزات كما هو موضح هنا، مع عدم وجود علامات أولية على الانفصال بين الطبقات.

يظهر هنا أنبوب منفصل الطبقات للمقارنة. توفر هذه الصورة معلومات عن قيم اختبار الشد أحادي المحور لـ peak stress tangential و strain to break للطبقات الفردية: intima و media و adventitia التي تحتوي على مزيج محدد من PCL elastin collagen. تشير الاتجاهات إلى زيادة في peak stress و tangential modulus مع زيادة محتوى PCL بينما تنخفض strain to break. تظهر هنا نتائج suture retention حيث سجل E-P-T-F-E أعلى suture retention وكان المزيج 65 to 25 to 10 هو الأقرب إلى معيار ous vein الموضح كخط متقطع؛ وقد تم اختبار شريان فخذي لخنزير غير حي و E-P-T-F-E للمقارنة.

يوضح ضغط الانفجار كما هو موضح في هذا الرسم البياني أن المواد ذات النسب 55 إلى 35 إلى 10 و65 إلى 25 إلى 10 تمتلك أعلى ضغط انفجار. وهذا يماثل قيمة 1,600 millimeters of mercury التي يتطلبها المعهد الوطني الأمريكي للمعايير لجميع الطعوم الوعائية المخصصة للاستخدام التجاري. وأخيرًا، تشير اختبارات الامتثال المحددة من خلال الرادار الداخلي عند ثلاثة ضغوط شريانية متوسطة مختلفة إلى أن زيادة محتوى PCL في الطبقة الوسطى وحدها يمكن أن تسبب انخفاضًا تدريجيًا في الامتثال لجميع أنواع الضغوط الفسيولوجية الثلاثة، ويعد الجزء الأكثر أهمية في هذه الدراسة هو عملية التشريع.

عند استخدام نسبة دخل إلى خرج تبلغ ثلاثة إلى واحد، قد يحدث فقدان في شحنة فوهة Arkin. وإذا حدث ذلك، فقد ينخفض أيضاً انتفاخ البوليمر الذي يتم غزلُه كهربائياً في الوقت الحالي. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى التحام الألياف الرطبة وحدوث انفصال بين الطبقات الثلاث.

لذلك، يعد وجود جهد كهربائي ثابت أمراً ضرورياً عند القيام بالغزل الكهربائي لطعم وعائي ثلاثي الطبقات.