Tri-geschichteten Elektrospinnen zu Native Arterielle Architektur mit Polycaprolacton, Elastin und Collagen Mimic: A Preliminary Study

Zusammenfassung

Das Ziel dieser Studie war es, die einheimische dreischichtige Architektur der Arterienwand zu imitieren. Um dies zu erreichen, wurde Elektrospinnen mit der Verwendung eines 3-1 (Eingang-Ausgang) Düse eingesetzt und Mischungen von Polycaprolacton, Elastin und Kollagen.

Zusammenfassung

Während nativen Arterie, spielen Kollagen und Elastin eine wichtige Rolle, eine mechanische Rückgrat, verhindert Behälterbruch und die Förderung der Verwertung unter pulsatile Verformungen. Das Ziel dieser Studie war es, die Struktur der nativen Arterie durch die Herstellung eines mehrschichtigen elektrogesponnenen Leitung von Poly (caprolacton) (PCL) mit dem Zusatz von Elastin und Kollagen mit Mischungen von 45-45-10, 55-35 komponiert imitieren - 10 und 65-25-10 PCL-ELAS-COL zeigen mechanischen Eigenschaften Richtwerte der einheimischen Arteriengewebes, während verbleibenden förderlich für die Geweberegeneration. Whole Transplantate und einzelnen Schichten wurden mit einachsigen Zugversuch, dynamischen Compliance, Naht-bindung und Berstfestigkeit. Compliance-Ergebnisse zeigten, dass Änderungen an der mittleren / medial Schicht insgesamt Transplantat Verhalten gesamte Transplantat Compliance-Werte von 0,8 verändert - 2,8% / 100 mmHg, während einachsigen Ergebnisse zeigten eine durchschnittliche Modulbereich von 2,0 bis 11,8 MPa. Beide E-Modul und Compliance-Daten angezeigten Werte im Bereich von nativen Arterie. Mathematische Modellierung wurde implementiert, um zu zeigen, wie Veränderungen in der Schicht Steifigkeit der gesamten umlaufenden Wand Stress beeinflussen, und als Design-Hilfe für die beste mechanische Kombination von Materialien zu erreichen. Insgesamt zeigten die Ergebnisse, dass ein Transplantat entwickelt werden, um ein Tri-Schichtstruktur durch Änderung Layer-Eigenschaften zu imitieren.

Protokoll

1. Vor Elektrospinnen, Kollagen, von 6 Monate Rinder Lederhaut, müssen extrahiert mit einer Basis von Essigsäure zu verarbeiten. Das extrahierte Kollagen wird dann durch eine anschließende Reihe von Auflösungen, Niederschläge und Dialysen gereinigt. Sobald Kollagen lyophilisiert ist, kann das Elektrospinnen zu beginnen.
2. Drei Materialien sind massierten: Polycaprolacton (PCL), Elastin (ELAS) und Kollagen (COL). Diese Materialien werden separat gelöst werden 1,1,1,3,3,3 Hexafluor-2-propanol (HFP, TCI America) in Konzentrationen von 100 mg / ml, 200 mg / ml und 70 mg / ml.
3. Die Materialien sind in fünf verschiedenen Szintillationsgefäße bei Volumenverhältnisse von 98-2-0 blended PCL-ELAS-COL (Intima), 45-45-10, 55-35-10, 65-25-10 und PCL-ELAS-COL (Medien) und 70-0-30 PCL-ELAS-COL (Adventitia).
4. Für einachsige Zug-Tests und einzelne Schicht Compliance-Tests wurde jede der Materialien individuell elektrogesponnenen, während mehrschichtige Gefäßprothesen für Burst, Naht Retention und Compliance-Tests aus einer 3 bis 1 Konfiguration elektrogesponnenen wurden. Einachsigen Zugversuch Gerüste wurden flach und rechteckig (2,5 cm breit x 10,2 cm lang x 0,3 cm dick), da die 2 mm Durchmesser Dorne verwendet, um einzelne Schichten und mehrschichtige Transplantate electrospin waren zu klein für Stanz-Proben.
5. Für Einzel-und Multi-Layer-Elektrospinnen wurden die Polymerlösungen in einen Kunststoff 3 ml Becton Dickinson Spritze mit einer 18-gage stumpfen Spitze Nadel geladen, und auf ein Spritzenpumpe mit einer Reihe Apotheke bewerten. Individuelle Elektrospinnen lagen bis 4 ml / h eingestellt, während mehrschichtige Elektrospinnen Preise wurden variiert je nach Übergangs-und Schicht. Flussraten und Volumina wurden als solche: die Intima war elektrogesponnenen mit einer Rate von 4 ml / h und einem Volumen von 0,5 ml durch einen Übergang Kombination beider Intima und medialen Spritzen für 0,2 ml bei 2 ml / h jeweils gefolgt. Die Intima-Spritze wurde dann abgeschaltet und die mediale Schicht wurde für 0,6 ml bei 4 Spin ml / h, gefolgt von einem Übergang zwischen der Media und Adventitia für 0,2 ml Polymerlösung bei 2 ml / h je. Schließlich wurde den Medien gestoppt und die Adventitia durfte für 0,4 ml auf 4 ml / h drehen.
6. Alle Proben wurden in 50 mM EDC für 18 Stunden vor jedem Test ¹ vernetzt.
7. Einachsigen Zugversuch wurde auf sechs Proben von einem elektrogesponnenen Blatt hydratisiert in PBS für 24 Stunden durchgeführt. "Dog-Bone"-förmigen Proben wurden von elektrogesponnenen Matten ausgestanzt und getestet auf einem MTS Bionix 200 Test-System mit einem 100 N Wägezelle und einer Zuggeschwindigkeit von 10,0 mm / min. Peak-Stress, Modul und Bruchdehnung wurden mit TestWorks Version 4.
8. Suture Retention Test wurde auf sechs 2 mm Innendurchmesser röhrenförmigen Proben aus sechs verschiedenen elektrogesponnenen Transplantate, in PBS für 24 Stunden eingeweicht bei 37 ° C, auf einem MTS Bionix 200 Test-System mit einer 50 N Lastzelle (MTS Systems Corp) und durchgeführt eine Erweiterung von 150,0 mm / min in Übereinstimmung mit den quer über Verfahren in der American National Standards Institute ² beschrieben. 5-0 kommerziellen PDS II violett monofilen Naht wurde 2 mm vom Ende der Probe angeordnet und erweitert, bis der Faden durch das Transplantat gezogen hatte. Spitzenlast wurde in Gramm-Kraft aufgezeichnet mit TestWorks Version 4.
9. Berstfestigkeit Tests wurden auf sechs Proben aus sechs verschiedenen elektrogesponnenen Transplantate durchgeführt. Burst Rohre, 2-3 cm lang, wurden hydratisiert in PBS, Einbauküche über 1,5 mm Durchmesser Nippel befestigt, um das Gerät und sicherte sich mit 2-0 Seidenfaden. Luft wurde in das System eingeführt, wodurch der Druck mit einer Rate von 5 mmHg / s, bis die Rohre platzen 2. Die Ergebnisse werden als der Druck in mmHg, bei der Rohre gebrochen gemeldet.
10. Dynamische Compliance wurde für sechs 2 mm Innendurchmesser röhrenförmige Transplantate aus sechs verschiedenen elektrogesponnenen Transplantate bei einer Länge von 3 cm unter simulierten physiologischen Bedingungen entnommen wird. Beide einzelnen Schichten und vielschichtigen röhrenförmigen Konstrukte wurden elektrogesponnenen und unter den gleichen Bedingungen getestet. Die Proben wurden in einem intelligenten Tissue Engineering über mechanische Stimulation (ITEMS) Bioreaktor durch Tissue Growth Technologies mit PBS bei 37 ° C gefüllt entwickelte getestet Der Bioreaktor bot eine 1Hz zyklische Druckänderung an der Innenseite des Transplantats, wo drei verschiedenen Druckniveaus von 90/50, 120/80 und 150/110 mmHg systolisch / diastolisch ² untersucht ^{wurden, 3.}

Repräsentative Ergebnisse

Wenn das Elektrospinnen Protokolle ordnungsgemäß durchgeführt werden, sollte das Endprodukt mit einem weichen, nahtlosen Rohren ohne erste Anzeichen einer Delamination zwischen den Schichten sein. Wenn die einachsigen Zugversuche, Berstfestigkeit Tests Naht Retentionsversuche-und Compliance-Tests durchgeführt werden, sollten die Ergebnisse zeigen, dass die mediale Schicht Steifigkeit erhöht, mit einer verminderten Mengen an Elastin, die damit verbundenen mechanischen Eigenschaften sollte ein steifer Schlauch zu demonstrieren.

Diskussion

Der kritischste Teil dieser Studie ist die Elektrospinnverfahren. Bei der Verwendung von einem 3:1-Input-Output-Düse, Wölbung und Ladung auftreten kann. Wenn dies eintritt, wird die Spannung mit dem Polymer, das sich dreht damit verbundene Abnahme verursacht geschweißt, "wet"-Fasern und die Schaffung von Delamination zwischen jeder der drei Schichten. Daher sind einheitliche elektrische Potentiale wichtig, eine ideale mehrschichtigen Rohr zu erhalten.

Compliance-Mismatch ist eine d...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Polycaprolacton	Sigma-Aldrich
Elastin	Elastin Products Company
Kollagen
Essigsäure	Fisher Scientific
Natriumchlorid	Fisher Scientific
TRIS	Fisher Scientific
6-L-Avanti-J-HC-Zentrifuge	Beckman Coulter Inc.
1,1,1,3,3,3-Hexafluor-2-propanol	TCI America
3-ml-Becton-Dickinson-Spritze
CZE1000R-Rack-Mount-Netzteil	Spellman
Hochdruck-Spritzpumpe	Cole-Parmer
1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimid	Pierce, Thermo Scientific
70 % Ethanol	Sigma-Aldrich
ImageTool 3.0-Software	Shareware, bereitgestellt von UTHSCSA
Rasterelektronenmikroskop	Carl Zeiss, Inc.
MTS Bionix 200 Prüfsystem	MTS Systems Corp.
TestWorks Version 4
Intelligente Gewebeengineering durch mechanische Stimulation (ITEMS) Bioreaktor	Tissue Growth Technologies