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Multi-Scale Modification of Metallic Implants With Pore Gradients, Polyelectrolytes and Their Indirect Monitoring <em>In vivo</em>

Metallic implants, especially titanium implants, are widely used in  clinical applications. Tissue in-growth and integration to these implants in  the ...

INSERM

Previously, we showed that macroporous titanium implants, colonized in vivo together with an epithelial graft, are viable options for tracheal replacement in sheep. To decrease the number of operating steps, biomaterial-based replacements for epithelial graft and intramuscular implantation were developed in the present study. Hybrid microporous PLLA/titanium tracheal implants were designed to decrease initial stenosis and provide a surface for epithelialization. They have been implanted in New Zealand white rabbits as tracheal substitutes and compared to intramuscular implantation samples. Moreover, a basement membrane like coating of the implant surface was also designed by Layer-by-Layer (LbL) method with collagen and alginate. The results showed that the commencement of stenosis can be prevented by the microporous PLLA. For determination of the optimum time point of epithelialization after implantation, HPLC analysis of blood samples, C-reactive protein (CRP), and Chromogranin A (CGA) analyses and histology were carried out. Following 3 weeks the implant would be ready for epithelialization with respect to the amount of tissue integration. Calcein-AM labeled epithelial cell seeding showed that after 3 weeks implant surfaces were suitable for their attachment. CRP readings were steady after an initial rise in the first week. Cross-linked collagen/alginate structures show nanofibrillarity and they form uniform films over the implant surfaces without damaging the microporosity of the PLLA body. Human respiratory epithelial cells proliferated and migrated on these surfaces which provided a better alternative to PLLA film surface. In conclusion, collagen/alginate LbL coated hybrid PLLA/titanium implants are viable options for tracheal replacement, together with in situ epithelialization.

Modification of macroporous titanium tracheal implants with biodegradable structures: tracking in vivo integration for determination of optimal in situ epithelialization conditions.

Auparavant, nous avons montr&eacute; que la macroporeux implants en titane, colonis&eacute;s in vivo avec un greffon &eacute;pith&eacute;lial, sont des options viables pour remplacement trach&eacute;ale chez les ovins. Pour diminuer le nombre d&#39;&eacute;tapes de fonctionnement, ax&eacute;e sur les biomat&eacute;riaux remplacements pour greffe &eacute;pith&eacute;lial et implantation intramusculaire ont &eacute;t&eacute; d&eacute;velopp&eacute;s dans la pr&eacute;sente &eacute;tude. Hybride microporeux implants trach&eacute;es PLLA/titane ont &eacute;t&eacute; con&ccedil;us pour diminuer la st&eacute;nose initiale et pr&eacute;voir une surface &eacute;pith&eacute;lialisation. Ils ont &eacute;t&eacute; implant&eacute;s chez des lapins n&eacute;o-z&eacute;landais blancs comme des substituts trach&eacute;ales et par rapport aux &eacute;chantillons de l&#39;implantation par voie intramusculaire. De plus, une membrane de sous-sol comme rev&ecirc;tement de la surface de l&#39;implant &eacute;tait &eacute;galement con&ccedil;ue par m&eacute;thode couche par couche (LbL) avec le collag&egrave;ne et l&#39;alginate. Les r&eacute;sultats ont montr&eacute; que l&#39;entr&eacute;e en vigueur de la st&eacute;nose peut &ecirc;tre pr&eacute;venue par la microporeuse PLLA. Pour d&eacute;terminer le point de temps optimal d&#39;&eacute;pith&eacute;lialisation apr&egrave;s l&#39;implantation, analyse par CLHP de chromogranine A (CGA), prot&eacute;ine C - r&eacute;active (CRP) et des &eacute;chantillons de sang, analyses et histologiques ont &eacute;t&eacute; r&eacute;alis&eacute;es. Apr&egrave;s 3 semaines, l&#39;implant serait pr&ecirc;t pour &eacute;pith&eacute;lialisation en ce qui concerne le montant de l&#39;int&eacute;gration tissulaire. Calc&eacute;ine-AM &eacute;tiquet&eacute;s cellules &eacute;pith&eacute;liales ensemencement ont montr&eacute; qu&#39;apr&egrave;s que 3 semaines d&#39;implant surfaces sont pr&ecirc;taient &agrave; leur fixation. Lectures de CRP ont &eacute;t&eacute; stables apr&egrave;s une hausse initiale dans la premi&egrave;re semaine. R&eacute;ticul&eacute; collag&egrave;ne/alginate de structures montrent nanofibrillarity et ils forment des films uniformes sur les surfaces de l&#39;implant sans endommager la microporosit&eacute; du corps PLLA. Cellules &eacute;pith&eacute;liales respiratoires humaines se sont multipli&eacute;s et ont migr&eacute; sur ces surfaces qui a fourni une meilleure alternative &agrave; la surface du film PLLA. En conclusion, hybride rev&ecirc;tu de collag&egrave;ne/alginate LbL PLLA/titane les implants sont des options viables pour remplacement trach&eacute;ale, ainsi que de l&#39;&eacute;pith&eacute;lialisation in situ.

Modification de la macroporeux titane trach&eacute;ale implants avec structures biod&eacute;gradables : suivi de l&#39;int&eacute;gration in vivo pour la d&eacute;termination des conditions optimales d&#39;&eacute;pith&eacute;lialisation in situ.

In precedenza, abbiamo dimostrato che impianti di titanio macroporoso, colonizzati nel vivo insieme a un innesto epitelio, sono opzioni valide per sostituzione tracheale negli ovini. Per diminuire il numero di passaggi di funzionamento, basato su biomateriali sostituti per innesto epiteliale e l&#39;impianto intramuscolare sono stati sviluppati nel presente studio. Ibrido microporosa protesi tracheale PLLA/titanio sono stati progettati per diminuire la stenosi iniziale e forniscono una superficie di epitelizzazione. Sono stati impiantati nei conigli Nuova Zelanda bianca come sostituti tracheali e rispetto ai campioni di impianto intramuscolare. Inoltre, una membrana basale come rivestimento della superficie dell&#39;impianto &egrave; stata progettata anche dal metodo di strato per strato (LbL) con collagene e alginato. I risultati hanno mostrato che l&#39;inizio della stenosi pu&ograve; essere prevenuta con microporose PLLA. Per la determinazione del punto di tempo ottimale di epitelizzazione dopo l&#39;impianto, analisi HPLC di campioni di sangue, proteina C - reattiva (CRP) e Cromogranina A (CGA), analisi e istologia sono state effettuate. Dopo 3 settimane l&#39;impianto sarebbe stato pronto per l&#39;epitelizzazione per quanto riguarda la quantit&agrave; di integrazione dei tessuti. Calceina-AM con l&#39;etichetta delle cellule epiteliali semina hanno dimostrato che dopo 3 settimane dell&#39;impianto le superfici erano adatte per il loro fissaggio. Letture di CRP erano costante dopo un aumento iniziale nella prima settimana. Reticolato di collagene/alginato strutture mostrano nanofibrillarity e formano pellicole uniforme sopra le superfici dell&#39;impianto senza danneggiare la microporosit&agrave; del corpo PLLA. Cellule epiteliali respiratorie umane moltiplicate e migrarono su queste superfici che ha fornito un&#39;alternativa migliore alla superficie del film PLLA. In conclusione, ibrido rivestito di collagene/alginato LbL PLLA/titanio impianti sono opzioni valide per sostituzione tracheale, insieme con epitelizzazione in situ.

Modifica di titanio macroporoso trachea impianti con strutture biodegradabili: integrazione in vivo per la determinazione delle condizioni ottimali in situ epitelizzazione di rilevamento.

Surface functionalization plays an important role in the design of biomedical implants, especially when layer forming cells, such as endothelial or epithelial cells, are needed. In this study, we define a novel nanoscale surface coating composed of collagen/alginate polyelectrolyte multilayers and cross-linked for stability with genipin. This buildup follows an exponential growth regime versus the number of deposition cycles with a distinct nanofibrillar structure that is not damaged by the cross-linking step. Stability and cell compatibility of the cross-linked coatings were studied with human umbilical vein endothelial cells. The surface coating can be covered by a monolayer of vascular endothelial cells within 5 days. Genipin cross-linking renders the surface more suitable for cell attachment and proliferation compared to glutaraldehyde (more conventional cross-linker) cross-linked surfaces, where cell clumps in dispersed areas were observed. In summary, it is possible with the defined system to build fibrillar structures with a nanoscale control of film thickness, which would be useful for in vivo applications such as inner lining of lumens for vascular and tracheal implants.

Collagen-based fibrillar multilayer films cross-linked by a natural agent.

Pi&egrave;ces de fonctionnalisation de surface un r&ocirc;le important dans la conception de la recherche biom&eacute;dicale aux implants, surtout lorsque la couche formant des cellules, telles que les cellules endoth&eacute;liales ou &eacute;pith&eacute;liales, sont n&eacute;cessaires. Dans cette &eacute;tude, nous d&eacute;finissons un rev&ecirc;tement de surface de nanoscale roman compos&eacute; de multicouches de poly&eacute;lectrolytes collag&egrave;ne/alginate et r&eacute;ticul&eacute; de stabilit&eacute; avec genipin. Cette accumulation fait suite &agrave; un r&eacute;gime de croissance exponentielle par rapport au nombre de cycles de d&eacute;p&ocirc;t avec une structure NANOFIBRILAIRES distinct qui n&#39;est pas endommag&eacute; par l&#39;&eacute;tape de r&eacute;ticulation. Stabilit&eacute; et compatibilit&eacute; de la cellule des rev&ecirc;tements r&eacute;ticul&eacute;s ont &eacute;t&eacute; &eacute;tudi&eacute;s avec des cellules endoth&eacute;liales de veine ombilicale humaine. Le rev&ecirc;tement de surface peut &ecirc;tre couvert par une monocouche de cellules endoth&eacute;liales vasculaires dans les 5 jours. R&eacute;ticulation Genipin rend la surface plus adapt&eacute; pour la fixation des cellules et de la prolif&eacute;ration par rapport aux surfaces r&eacute;ticul&eacute; glutarald&eacute;hyde (r&eacute;ticulant plus conventionnel), o&ugrave; les amas de cellule dans les zones dispers&eacute;es ont &eacute;t&eacute; observ&eacute;es. En r&eacute;sum&eacute;, il est possible avec le syst&egrave;me d&eacute;fini pour construire des structures fibrillaires avec un contr&ocirc;le nanom&eacute;triques d&#39;&eacute;paisseur de film, ce qui serait utile pour des applications in vivo comme doublure de lumens pour implants vasculaires et trach&eacute;es.

&Agrave; base de collag&egrave;ne films multicouches fibrillaires r&eacute;ticul&eacute;es par un agent naturel.

Giochi di funzionalizzazione superficiale un ruolo importante nella progettazione di biomedical impianti, specialmente quando strato formando le cellule, quali cellule endoteliali o epiteliali, sono necessari. In questo studio, definiamo un romanzo su scala nanometrica rivestimento composto da multistrato di polielettrolita collagene/alginato e reticolato per stabilit&agrave; con genipin. Questa accumulazione segue un regime di crescita esponenziale rispetto al numero di cicli di deposizione con una struttura distinta nanofibrillar che non &egrave; danneggiato dopo il passo di cross-linking. Stabilit&agrave; e la compatibilit&agrave; delle cellule dei p.v. reticolati sono stati studiati con cellule endoteliali di vena ombelicale umana. Il rivestimento superficiale pu&ograve; essere coperto da un monostrato di cellule endoteliali vascolari entro 5 giorni. Genipin cross-linking rende la superficie pi&ugrave; adatta per accessorio cellulare e proliferazione rispetto alle superfici reticolato glutaraldeide (Cross-linker pi&ugrave; convenzionali), dove sono stati osservati ciuffi di cella nelle zone disperse. In sintesi, &egrave; possibile con il sistema definito per costruire strutture fibrillare con un controllo su scala nanometrica dello spessore del film, che sarebbe utile per le applicazioni in vivo come fodera interna di lumen per protesi vascolari e tracheale.

A base di collagene fibrillare multistrato film reticolato da un agente naturale.

We report the sequential assembly of proteins via the alternating physical adsorption of human serum albumin (HSA) and chemical grafting with isobutyramide (IBAM) or bromoisobutyramide (BrIBAM) groups. This approach, performed on silica template particles, leads to the formation of noncovalent protein films with controlled growth at the nanometer scale. Further, after template removal, hollow protein capsules with tunable wall thicknesses and high mechanical stability are obtained. The use of BrIBAM, compared to IBAM grafts, leads to significantly thicker capsule walls, highlighting the influence of the bromine atoms in the assembly process, which is discussed in terms of a theoretical model of noncovalent interactions. Another feature of the process is the possibility to functionalize the HSA capsules with other biologically active macromolecules, including enzymes, polysaccharides, or DNA plasmids, demonstrating the versatility of this approach. We also report that BrIBAM-HSA and IBAM-HSA capsules display negligible cytotoxicity in vitro with HeLa cells and that their cellular uptake is dependent on the thickness of the capsule walls. These findings support the potential use of these protein capsules in tailored biological applications such as drug delivery.

Protein capsules assembled via isobutyramide grafts: sequential growth, biofunctionalization, and cellular uptake.

Nous rapportons l&#39;assemblage s&eacute;quentiel des prot&eacute;ines par l&#39;interm&eacute;diaire de l&#39;adsorption physique alternance d&#39;albumine s&eacute;rique humaine (ASH) et chimique greffage avec isobutyramide (IBAM) ou bromoisobutyramide (BrIBAM) groupes. Cette d&eacute;marche, effectu&eacute;e sur des particules de silice de mod&egrave;le, conduit &agrave; la formation des couches de prot&eacute;ine non covalentes avec croissance ma&icirc;tris&eacute;e &agrave; l&#39;&eacute;chelle du nanom&egrave;tre. En outre, apr&egrave;s suppression de mod&egrave;le, capsules de prot&eacute;ine creux avec des &eacute;paisseurs de paroi accordable et stabilit&eacute; m&eacute;canique &eacute;lev&eacute;e sont obtenus. L&#39;utilisation de BrIBAM, par rapport aux greffes IBAM, entra&icirc;ne significativement plus &eacute;pais murs de capsules, mettant en &eacute;vidence l&#39;influence des atomes de brome dans le processus d&#39;assemblage, dont il est question en fonction d&#39;un mod&egrave;le th&eacute;orique des interactions non covalentes. Une autre caract&eacute;ristique du processus est la possibilit&eacute; pour FONCTIONNALISER les capsules HSA avec d&#39;autres macromol&eacute;cules biologiquement actifs, y compris les enzymes, polysaccharides ou des plasmides d&#39;ADN, ce qui d&eacute;montre la polyvalence de cette approche. Les auteurs rapportent &eacute;galement que des capsules BrIBAM-HSA et IBAM-HSA affichent n&eacute;gligeable cytotoxicit&eacute; in vitro avec des cellules HeLa et que leur assimilation d&eacute;pend de l&#39;&eacute;paisseur des murs de la capsules. Ces donn&eacute;es appuient l&#39;utilisation potentielle de ces capsules de prot&eacute;ine dans des applications biologiques adapt&eacute;es tels que l&#39;administration de m&eacute;dicaments.

Capsules de prot&eacute;ine assembl&eacute;s via isobutyramide greffes : croissance s&eacute;quentielle, biofonctionnalisation et absorption cellulaire.

Riportiamo il montaggio sequenza di proteine attraverso l&#39;adsorbimento fisico alternato di albumina di siero umano (HSA) e l&#39;innesto con isobutyramide (IBAM) o bromoisobutyramide (BrIBAM) gruppi chimici. Questo approccio, eseguita su particelle di silice modello, porta alla formazione di film non covalenti proteina con crescita controllata su scala nanometrica. Inoltre, dopo la rimozione del template, capsule vuote della proteina con spessori di parete sintonizzabile e alta stabilit&agrave; meccanica sono ottenuti. L&#39;uso di BrIBAM, rispetto a innesti IBAM, conduce alle pareti capsulare significativamente pi&ugrave; spesse, evidenziando l&#39;influenza degli atomi di bromo nel processo di assemblaggio, che &egrave; discusso in termini di un modello teorico di interazioni non covalenti. Un&#39;altra caratteristica del processo &egrave; la possibilit&agrave; di strumentalizzano le capsule HSA con altre macromolecole biologicamente attivi, inclusi gli enzimi, polisaccaridi o plasmidi di DNA, dimostrando la versatilit&agrave; di questo approccio. Segnaliamo inoltre che BrIBAM-HSA e IBAM-HSA capsule visualizzano trascurabile citotossicit&agrave; in vitro con cellule HeLa e loro assorbimento cellulare dipende dallo spessore delle pareti della capsulare. Questi risultati supportano l&#39;uso potenziale di queste capsule di proteina in applicazioni biologiche su misura come la consegna della droga.

Article	Year
Modification of macroporous titanium tracheal implants with biodegradable structures: tracking in vivo integration for determination of optimal in situ epithelialization conditions. Biotechnology and bioengineering\| PubMed ID: 22331657	2012
Collagen-based fibrillar multilayer films cross-linked by a natural agent. Biomacromolecules\| PubMed ID: 22662909	2012
Protein capsules assembled via isobutyramide grafts: sequential growth, biofunctionalization, and cellular uptake. ACS nano\| PubMed ID: 22950440	2012

Christophe Chaubaroux

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