1: الكولاجين هيدروجيل

تعمل الهلاميات المائية للكولاجين كهيكل ثلاثي الأبعاد متوافق بيولوجيا ، على غرار الأنسجة الأصلية ، مما يسهل نمو الأنسجة الهندسية. الكولاجين ، المكون الرئيسي لهذه المواد الهلامية ، هو بروتين مصفوفة خارج الخلية موجود في النسيج الضام. ويستخدم لتصنيع الهلاميات المائية التي تتكون بشكل أساسي من شبكات البوليمر ثلاثية الأبعاد من الماء. سيقدم هذا الفيديو الدور الفسيولوجي للكولاجين ، وهو إجراء لعزل ومعالجة الكولاجين من جلد الخنازير ، وتصنيع الهلاميات المائية من البروتين المنقى ، وأخيرا بعض التطبيقات لاستخدام هيدروجيل الكولاجين هذا.

داخل المصفوفة خارج الخلية للأنسجة الضامة ، توجد خلايا محددة مسؤولة عن غالبية تصنيع الكولاجين تسمى الخلايا الليفية. تقوم هذه الخلايا بتخليق سلاسل طويلة وصلبة من عديد الببتيدات. والتي يتم تجميعها في بوليمرات حلزونية ثلاثية فردية تسمى جزيئات الكولاجين. ثم يتم تجميع جزيئات الكولاجين في ألياف أكثر سمكا وأكبر ، والتي يتم تجميعها بعد ذلك في ألياف أكبر لتوفير السلامة الهيكلية للمصفوفة خارج الخلية للأحمال الميكانيكية المختلفة التي قد تواجهها. يتم إنتاج تكوينات مختلفة من الكولاجين وفقا للاحتياجات الميكانيكية لأنسجة معينة. تستخدم أنسجة العظام ، على سبيل المثال ، شبكة مكثفة للغاية من الألياف من أجل تحمل الأحمال الميكانيكية. ومع ذلك ، فإن الأنسجة الأخرى ، مثل جدار الأمعاء ، تستخدم بنية أكثر تشتتا. بمجرد استخراجه من النسيج الضام ، يمكن استخدام بوليمر الكولاجين لإنشاء مواد مختلفة. لأن الكولاجين بوليمر محب للماء ، فهو عالي الامتصاص. وبالتالي ، يمكن أن تشكل هيدروجيل ، وهي شبكة بوليمر تحتوي على ما يصل إلى 90٪ من الماء. تتشكل شبكات البوليمر هذه عن طريق تشابك سلاسل البوليمر الفردية باستخدام طرق مختلفة ، مثل الروابط المتشابكة الكيميائية أو الحرارة أو ضوء الأشعة فوق البنفسجية. تؤثر درجة التشابك على الخواص الميكانيكية للهيدروجيل. وبالتالي ، تمكين استخدام هذه المواد في مجموعة واسعة من التطبيقات. الآن بعد أن تم شرح مبادئ هيدروجيل الكولاجين ، دعنا نلقي نظرة على كيفية استخراج الكولاجين من جلد الخنازير واستخدامه لصنع هيدروجيل.

لبدء معالجة الكولاجين من عينة جلدية ، اشطفه أولا بالماء المقطر المثلج ثم استخدم كريم إزالة الشعر لإزالة الصوف أو الفراء أو الشعر. باستخدام شفرة حلاقة ذات حواف واحدة ، اكشط العينة نظيفة من الأنسجة الضامة والدهون ، واشطفها مرة أخرى بالماء المثلج. ثم قطعي عينة الجلد إلى قطع مربعة بحجم السنتيمترات. لإزالة المادة القابلة للذوبان غير الكولاجينية ، قم أولا بوزن 5 جرامات من المربعات الجلدية لكل أنبوب مخروطي سعة 50 مليلتر ، ثم أضف 30 مل من أسيتات الصوديوم المثلجة 0.5 مولار إلى كل عينة. ثم امزج الأنابيب في الخالط العلوي على مقاعد البدلاء. بعد دقيقة واحدة ، تخلص من المادة الطافية واخلط العينات مرة أخرى في المزيد من أسيتات الصوديوم المثلجة لمدة سبع دورات غسيل. بعد الغسيل الأخير ، اشطف العينة بالماء المقطر المثلج ، واخلطها مرة أخرى لإزالة أسيتات الصوديوم المتبقية. ثم قم بضغط العينة على الأنبوب لإزالة السوائل الزائدة ونقل كل عينة جلدية معالجة 5 جرام إلى أنابيب مخروطية جديدة سعة 50 مل. لاستخراج الكولاجين ، اغسل العينة مرتين في 2 ملليلتر من .075 مولي سترات الصوديوم المخزن المؤقت لكل جرام من العينة. تخلص من المواد الطافية وضغط العينات بعد إظهار كل غسلة مسبقا. بعد الغسيل الثاني ، أضف كمية جديدة من المخزن المؤقت لسترات الصوديوم ، ثم قم بإجراء ست دورات تقليب متسلسلة دون إزالة المخزن المؤقت بين كل دورة. الآن ، انقل المواد الطافية إلى أنابيب التجميع الفردية وأضف ملليلترا إضافيا واحدا من 0.075 مولي سترات الصوديوم لكل جرام من العينة قبل إجراء دورة التحريك النهائية. بعد ذلك ، قم بالطرد المركزي للطافي مرة أخرى في جهاز مرشح الطرد المركزي لتنقية الكولاجين المستخرج. أخيرا ، قم بتخزين الملصقات المنقاة عند 4 درجات مئوية.

الآن بعد أن تم تنقية الكولاجين ، يمكن تصنيع هيدروجيل الكولاجين وملئه بالخلايا لتشكيل بنية أنسجة هندسية. للبدء ، امزج الكولاجين الجلدي المنقى جيدا في أنبوب مخروطي الشكل. ثم أضف الخلايا مباشرة إلى محلول الكولاجين وضعها على الثلج. قم بتقطيع الخليط المثلج إلى سطح معقم غير مزروع للأنسجة لتقليل ارتباط الخلايا ونموها خارج هلام الكولاجين. استخدم طرف الماصة لتوزيع المحلول بالتساوي. اترك الجل يتبلمر في درجة حرارة الغرفة لمدة 10 إلى 15 دقيقة تقريبا. بعد ذلك ، قم بتغطية المواد الهلامية وانقلها إلى حاضنة 37 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة إضافية لإنهاء البلمرة. عند البلمرة ، سوف يتحول الجل إلى معتم. بمجرد البلمرة ، أضف ملليلترتين إلى ثلاثة ملليلترات من الوسائط. ثم يصبح الهيدروجيل المأهول جاهزا للاستخدام في دراسات زراعة الأنسجة.

الآن بعد أن تعلمت كيفية بناء الهلاميات المائية للكولاجين ، دعنا نلقي نظرة على بعض التطبيقات العملية لهذه المواد. غالبا ما تستخدم الهلاميات المائية للكولاجين لتقليد الأنسجة الأصلية ، كما هو موضح هنا. ومع ذلك ، يمكن أن تحدث تغييرات في تنظيم ألياف الكولاجين في الأنسجة الطبيعية. مما أدى إلى هياكل محاذاة. نتيجة لذلك ، يمكن إنشاء مصفوفات الكولاجين الهندسية إما في تكوينات عشوائية أو محاذاة. غالبا ما تستخدم هيدروجيل الكولاجين كسقالات أنسجة لتطوير الأنسجة الاصطناعية. من خلال توفير بنية ثلاثية الأبعاد مخصصة للخلايا لتسكنها ، يتم إعادة تنظيم مصفوفة الكولاجين لاحقا لتقليد بنية ووظيفة الأنسجة الحقيقية. على سبيل المثال ، يمكن وضع السقالات مع بانيات العظم ، الخلايا المسؤولة عن تكوين العظام ، لإعادة تنظيم المصفوفة لتشبه بشكل وثيق بنية ووظيفة أنسجة العظام الأصلية.

لقد شاهدت للتو مقدمة جوف عن الهلاميات المائية للكولاجين. يجب أن تفهم الآن بنية الكولاجين ، وكيف يتم عزله ، وتصنيع هيدروجيل الكولاجين بالإضافة إلى تطبيقاته المختلفة في مجال الهندسة الحيوية. شكرا للمشاهدة!