Method Article

Multi-Skala Modifikation von metallischen Implantaten mit Pore Farbverläufe, Polyelektrolyte und ihre indirekte Überwachung In vivo

DOI:

10.3791/50533

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July 1st, 2013

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1Biomatériaux et Bioingénieriee, INSERM, 2Service Oto-Rhino-Laryngologie, Hôpitaux Universitaires de Strasbourg, 3Faculté de Chirurgie Dentaire, Université de Strasbourg

In This Article

Summary

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In diesem Video zeigen wir Ihnen, Modifikation Techniken für poröse metallische Implantate, um ihre Funktionalität zu verbessern und die Zellwanderung steuern. Techniken umfassen die Entwicklung von Poren Gradienten zu Zelle Bewegung in 3D und Produktion von Basalmembran imitiert zu Zelle Bewegung in 2-D zu steuern. Auch ist eine HPLC-Methode zur Überwachung Implantatintegration in-vivo durch eine Analyse von Blut Proteine ​​beschrieben.

Abstract

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Metallic Implantaten, insbesondere Titan-Implantate, sind weit verbreitet in klinischen Anwendungen eingesetzt. Tissue in-Wachstum und Integration dieser Implantate im Gewebe sind wichtige Parameter für eine erfolgreiche klinische Ergebnisse. Um Gewebe Integration zu verbessern, haben poröse metallische Implantate entwickelt. Offene Porosität von metallischen Schäumen ist sehr vorteilhaft, da die Poren Bereiche, ohne die mechanischen Eigenschaften der ganzen Struktur funktionalisiert werden können. Hier beschreiben wir solche Modifikationen mit porösem Titan-Implantate auf Titan Mikrokügelchen basiert. Durch die Verwendung von inhärenten physikalischen Eigenschaften wie Hydrophobie von Titan, ist es möglich, hydrophoben Poren Gradienten innerhalb Mikrokügelchen auf metallischen Implantaten und zur gleichen Zeit zu erhalten, müssen eine Basalmembran an hydrophilen, natürlichen Polymeren imitieren basiert. 3D Poren Gradienten werden durch synthetische Polymere, wie Poly-L-Milchsäure (PLLA) durch Gefriertrocknen Extraktionsverfahren gebildet wird. 2D Nanofibrill surFlächen mit Kollagen / Alginat durch einen Vernetzungsschritt mit einem natürlichen Vernetzer (genipin) gefolgt ist. Diese Nanofasern Folie wurde um Schicht (LbL)-Abscheidungsverfahren der beiden entgegengesetzt geladenen Molekülen, Kollagen und Alginat aufgebaut. Schließlich ein Implantat, wo verschiedene Bereiche verschiedene Zelltypen aufnehmen kann, als dies erforderlich ist für viele vielzelligen Geweben, erhalten werden. Durch kann auf diese Weise zelluläre Bewegung in verschiedenen Richtungen von unterschiedlichen Zelltypen gesteuert werden. Ein solches System ist für den speziellen Fall der Luftröhre Regeneration beschrieben, aber es kann auch für andere Zielorgane modifiziert werden. Analyse der Zellwanderung und die möglichen Methoden für die Erstellung von verschiedenen Pore Gradienten werden erarbeitet. Der nächste Schritt in der Analyse solcher Implantate ist die Charakterisierung nach der Implantation. Allerdings ist die histologische Analyse von metallischen Implantaten ein langer und mühsamer Prozess, also für Überwachungs-Host Reaktion auf metallische Implantate in vivo eine einerlternative Verfahren zur Überwachung und CGA verschiedenen Blut-Proteinen wird ebenfalls beschrieben. Diese Methoden können für die Entwicklung von in vitro maßgeschneiderte Migration und Kolonisation Tests verwendet werden und auch für die Analyse von funktionalisierten metallischen Implantaten in vivo ohne Histologie verwendet werden.

Introduction

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Derzeit verfügbare metallische Implantate eignen sich für tragende Anwendungen, aber ihre nicht Abbaubarkeit erforderlich Designs, die eine starke Grenzfläche mit dem Gewebe um sie 1 sicherzustellen. Durch die Bereitstellung von Strukturen, die in zelluläre Wachstum und Kolonisierung in vivo zu erleichtern, kann die Lebensdauer der metallischen Implantaten 2 verlängert werden. Offen poröse metallische Implantate sind vielversprechende Materialien für Tissue Engineering und Schnittstelle auch für eine gute Besiedlung der Implantate. Sie wurden aktiv als orthopädische Implantate und auch als Luftröhre Implantate 3-5 verwendet. ....

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Protocol

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1. Herstellung von Micropore Farbverläufe in Makroporöse metallischen Implantaten

  1. Reinigen der Implantate (z. B. Implantaten aus medizinischem Titan Perlen mit einem Größenbereich von 400-500 um, Neyco SAS, Frankreich hergestellt) mit Ethanol und dann beschallt in Aceton für 15 min.
  2. Entwurf und Herstellung Teflonformen nach dem Implantat Größe und Form (Standardfunktionen Experimente, zylindrische Formen von 1,5 cm Durchmesser mit einer Höhe von 2 cm verwendet werden). Formen sollte modular, so dass die bestimmten Teile während der Extraktion entfernt werden. Eine solche Form Design sorgt für die Steuerung der Extraktion durch Erzwingen der Beweg....

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Results

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Bildung von Poren Gradienten

Durch die Änderung der Konzentration des PLLA Lösung ist es möglich, die Größe der Poren auf der extraluminalen Seite der Implantate zu steuern. Porengröße und Form wurde durch die Anwesenheit von Titan-Implantaten (Abbildungen 1a und 1b) betroffen. Porengrößen reichten von 40 bis 100 um und Nutzung von niedrigeren Konzentrationen führten zu kleineren Poren. Während in der intraluminalen Seite Porengröße wurde durch die eingeschränk.......

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Discussion

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Pore ​​Steigungen sind wichtige Werkzeuge in der Schnittstelle des Tissue Engineering und der hier beschriebene System kann allein oder in Verbindung mit metallischen Implantaten verwendet werden, um Porengradient bilden Zellwanderung studieren. Das System erfordert keine zusätzliche Einstellung oder zusätzliche Ausrüstung mit Ausnahme einer chemischen Abzugshaube gegen organische Lösungsmittel behandeln, so kann es in der Biologie Labors angewendet werden. Ähnliche Polymere wie Poly (Glykolsäure) (PGA), Poly (milch-co-.......

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Disclosures

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NE Vrana ist Mitarbeiter von Protip SAS.

Acknowledgements

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Autoren danken Herrn Dr. Andre Walder und Nicolas Perrin für die Herstellung von Titan-Implantaten, K. Benmlih für den Aufbau der Teflonformen und Dr. G. Prevost danken für seine Hilfe bei Tierversuchen. Wir erkennen auch die Region Elsass und PMNA (Pole Materiaux et Nanowissenschaften d'Alsace) für eine finanzielle Beteiligung.

....

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Materials

Equipment

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Reagenz
DioxanSigma-Aldrich360481Giftiges Material, streng unter chemischer Haube
PLLA
i. Poly(L-Lactid) inhärente Viskosität ~0,5 dl/g
ii. Poly(L-Lactid) inhärente Viskosität ~2,0 dl/g 		Sigma-Aldrich94829, 81273Die Wahl des Molekulargewichts und der inhärenten Viskosität ist anwendungsabhängig.
PRONOVA UP LVG (Natriumalginat)Novamatrix4200006Niedrige Viskosität (20-200 mPa.s)
Kollagen Typ I (Rind)SymateseCBPE2US100
Pen/Strepto, Fungizone PromocellC42020
GenipinWako0703021
Siliziumnitrid-Sonden mit einer Federkonstante von 0,03 N.m-1. BrukerMSCT
Trifluoressigsäure für die HPLC ,&ge 99,0% Sigma-Aldrich302031Gefahrgut, Bitte befolgen Sie das Sicherheitsdatenblatt sorgfältig
Acetonitril, für HPLC ,≥ 99,9 % Sigma-Aldrich34998
Calcein-AMInvitrogenC3100MP
PKH26 Rot fluoreszierendes Zellvernetzer-Kit für die allgemeine Zellmembranmarkierung Sigma-AldrichPKH26GL
Kaninchen C-reaktives Protein (CRP) ELISA-KitGenway BioGWB-9BF960
DMSO, Bioreagenz ≥ 99.7% Sigma-AldrichD2650<
Multimode Nanoscope IV Atomic Force MikroskopBruker
Procise Microsequencer Applied Biosystems
Ultima 3000 HPLC System Dionex
Rasterelektronenmikroskop Hitachi TM 100Hitachi
Konfokales Scanning-Lasermikroskop Zeiss LSM 510 Zeiss

Tabelle 1. Liste der Materialien und Reagenzien.

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References

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  1. Hollister, S. J. Porous scaffold design for tissue engineering. Nat. Mater. 4, 518-524 (2005).
  2. Ryan, G., Pandit, A., Apatsidis, D. P. Fabrication methods of porous metals for use in orthopaedic applications. Biomaterials. 27, 2651-2670 (2006).
  3. Schultz, P., Vautie....

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Metallic ImplantsPore GradientsPolyelectrolytesPLLA SolutionCollagen AlginateLayer by LayerFreeze ExtractionBlood Plasma AnalysisHPLC PurificationConfocal Microscopy

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