Herstellung eines bioaktiven, PCL-basierte "Self-Montage" Formgedächtnispolymer Scaffold

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist die Herstellung eines Formgedächtnispolymers oder SMP-Gerüsts, das in der Lage ist, sich selbst in einen unregelmäßigen Schädel-, Kiefer- und Gesichtsdefekt einzupassen, um die Osteointegration und Heilung des Betriebssystems zu fördern. Dies wird erreicht, indem zunächst eine geschmolzene Salzschablone, die Verwendung von Lösungsmittelguss und die photochemische Aushärtung von Polycaprolacton di acrl gebildet werden. Über der Salzschablone bildet sich ein Gerüst mit der hochgradig vernetzten Porosität, die für die Osteoleitfähigkeit erforderlich ist.

In einem zweiten Schritt wird das Gerüst mit Polydopamin beschichtet, das für Bioaktivität sorgt. Anschließend wird das Gerüst mit warmer Kochsalzlösung behandelt, wodurch es in ein unregelmäßiges Modell eingepresst werden kann. Es werden Defektergebnisse erhalten, die eine Selbstanpassung, eine schlechte Interkonnektivität und Bioaktivität zeigen, basierend auf den Einpressergebnissen, der Rasterelektronenmikroskopie und der In-vitro-Bildung von Hydroxyappetit.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden, wie z. B. der automatischen Transplantation, besteht darin, dass die erreichte anpassungsfähige Anpassung die Osteointegration und die Knochenheilung entscheidend unterstützt. Lindsey Nail, eine Doktorandin in meinem Labor, demonstriert dieses Verfahren. Um mit der Vorbereitung des Gerüsts zu beginnen, sieben Sie zuerst Natriumchlorid durch ein 425-Mikron-Sieb und geben Sie 1,8 Gramm davon in vier Portionen in ein Drei-Liter-Glasfläschchen, fügen Sie langsam 146 Milligramm deionisiertes Wasser in das Fläschchen hinzu und mischen Sie es mit einem Metallspatel.

Verschließen Sie nach jeder Zugabe das Fläschchen, wickeln Sie es in Gewebe ein und legen Sie es senkrecht in ein Zentrifugenröhrchen. Zentrifugieren Sie das Röhrchen 15 Minuten lang, bevor Sie es entkappen und die Lösung über Nacht an der Luft trocknen lassen. Nach der Synthese von P-C-L-D-A, wie im Textprotokoll angegeben, wird eine Macer-Lösung mit 150 Milligramm P-C-L-D-A pro Milliliter Chlormethan in einem Glasfläschchen hergestellt, das Fläschchen verschlossen, in Folie eingewickelt und eine Minute lang gewirbelt.

Bereiten Sie als Nächstes eine Photoinitiatorlösung vor, die 115 Milligramm DMP in einem Milliliter eines Vinyls und zwei Perone in einem Glasfläschchen enthält. Verschließen Sie das Fläschchen erneut, wickeln Sie es in Folie ein und wirbeln Sie es eine Minute lang ein. Pipettieren Sie die Photoinitiatorlösung in die Macer-Lösung, um eine Mischung von 15 Vol.-% herzustellen, und wirbeln Sie das Fläschchen eine Minute lang vortexen.

Wickeln Sie dann das Fläschchen mit dem Salzgerüst in Folie ein und fügen Sie die Photoinitiator-Macer-Mischung hinzu, bis das Salz bedeckt ist. Verschließen Sie das Fläschchen, wickeln Sie es in Taschentuch ein und legen Sie es senkrecht in ein Zentrifugenröhrchen. Zentrifugieren Sie das Röhrchen 10 Minuten lang.

Entfernen Sie dann die Folie, öffnen Sie die Kappe des Fläschchens und setzen Sie die Lösung drei Minuten lang ultraviolettem Licht aus. Lassen Sie die Lösung dann über Nacht an der Luft trocknen und zerbrechen Sie das Glas, um die Oberseite des Fläschchens mit einer Pinzette zu entfernen. Übertragen Sie das Gerüst vier Tage lang in eine Eins-zu-Eins-Wasser-Ethanollösung und wechseln Sie die Lösung täglich.

Entfernen Sie abschließend das SMP-Gerüst und trocknen Sie es über Nacht an der Luft. Um zuerst die Poly-Dopamin-Schicht aufzutragen, führen Sie eine 20-Gauge-Nadel auf halbem Weg durch das SMP-Gerüst ein und wickeln Sie dann einen Draht um die Nadelnabe. Tauchen Sie das Gerüst in 200 Milliliter einer rührenden Dopaminlösung und halten Sie die Nadelnabe über der Lösung, indem Sie den Draht am Rand des Becherglases verankern.

Setze dann eine Spritze in die Nadelnabe ein und ziehe am Kolben, um Luft aus dem Gerüst zu entfernen. Lassen Sie das Gerüst nach vollständiger Entgasung 16 Stunden lang unter Wasser. Nehmen Sie das Gerüst aus der Lösung und nehmen Sie die Nadel heraus.

Spülen Sie dann das Gerüst mit entionisiertem Wasser ab und trocknen Sie es in einem Vakuumofen bei Raumtemperatur für 24 Stunden. Stellen Sie das Gerüst für eine Stunde bei 85 Grad Celsius in einen Trockenofen. Entfernen Sie zum Schluss das Gerüst und lassen Sie es auf Raumtemperatur abkühlen.

Bereiten Sie zunächst ein Defektmodell vor, indem Sie einen unregelmäßigen Hohlraum mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa sechs Millimetern in eine fünf Millimeter dicke Platte aus starrem Kunststoff bohren. Tauchen Sie dann das SMP-Gerüst zwei Minuten lang bei etwa 60 Grad Celsius in ein Becherglas mit entionisiertem Wasser. Testen Sie, ob das Gerüst merklich weicher wird, indem Sie seine Form mit einer Pinzette manipulieren.

Nehmen Sie das aufgeweichte Gerüst mit einer Pinzette aus dem Wasser und drücken Sie es mit der Hand in das defekte Modell. Lassen Sie das Gerüst auf Raumtemperatur abkühlen und entfernen Sie es dann aus dem defekten Modell. Beobachten Sie die neue feste temporäre Form, um den Guss, die Interkonnektivität und die Größe zu visualisieren.

Tauchen Sie das SMP-Gerüst zunächst mit einer Pinzette eine Minute lang in flüssigen Stickstoff. Brechen Sie dann das Gerüst mit einer sauberen Rasierklinge in der Mitte auf. Befestigen Sie anschließend eine der Gerüsthälften mit der gebrochenen Oberfläche nach oben auf dem Probentisch.

Mit Hilfe von Carbonband wird das Gerüst mit einer Gold- und Platinlegierung bis zu einer Tiefe von etwa vier Nanometern beschichtet. Laden Sie die Probe in das REM und nehmen Sie das Bild dann mit einer Beschleunigungsspannung von 10 bis 15 Kilovolt auf. Zur Charakterisierung der In-vitro-Bioaktivität.

Schneiden Sie zunächst ein zylindrisches SMP-Gerüst mit einer sauberen Klinge quer über die kreisförmige Kante in zwei Hälften. Legen Sie eine Hälfte des Gerüsts in ein Röhrchen mit 30 Millilitern simulierter Körperflüssigkeit und legen Sie das Röhrchen nach 14 Tagen in ein stationäres Wasserbad bei 37 Grad Celsius. Nehmen Sie das Gerüst aus der Tube und lassen Sie es 24 Stunden lang an der Luft trocknen.

Befestigen Sie anschließend das Gerüst mit der Schnittfläche nach oben mit Kohleband auf dem Probentisch eines Elektronenmikroskops. Anschließend wird die Gerüstoberfläche mit einer Gold- und Platinlegierung bis zu einer Tiefe von etwa vier Nanometern bestäubt. Laden Sie die Probe wie bisher in das REM und nehmen Sie das Bild mit einer Beschleunigungsspannung von 10 bis 15 Kilovolt auf.

Ein SMP-Gerüst wird beim Erhitzen auf 60 Grad Celsius verformbar und kann in ein defektes Modell eingebaut werden. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das SMP-Gerüst entfernt und behält seine neue, feste temporäre Form bei. In der rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme des unbeschichteten SMP-Gerüsts sind die Porenstruktur und die stark vernetzte Morphologie zu sehen.

Die G-Bioaktivität des mit Polydopamin beschichteten SMP-Gerüsts wird durch die Bildung von Hydroxylapatit in den Poren nachgewiesen, wie in der Rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme zu sehen ist. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie ein bioaktives, selbstpassendes Formgedächtnis-Polymergerüst mit einem Verfahren vorbereiten, das das Gießen von Lösungsmitteln über einige Salzschablonen, die Auslaugung von Partikeln und das Aufbringen einer Polydopaminbeschichtung umfasst.