Name: porcine collagen for tissue engineering
Uploaded: 2023-04-30T06:32:15.000Z
Duration: 7 min 25 s
Channel: JoVE

<div class="chapter_text" id="script_0">Hidrogeles de colágeno actúan como una estructura de tres dimensiones biológicamente compatible, similar a la del tejido nativo, que facilita el desarrollo de la ingeniería del tejido. Colágeno, principal componente de estos geles, es una proteína de matriz extracelular en tejido conectivo. Y se utiliza para fabricar los hidrogeles que son redes de polímero 3D conformadas principalmente por agua. Este video presenta el papel fisiológico de colágeno, un procedimiento para el aislamiento y tratamiento de colágeno de piel porcina, la fabricación de los hidrogeles de la proteína purificada y finalmente algunas aplicaciones para el uso de estos hidrogeles de colágeno.</div><div class="chapter_text" id="script_1">Dentro de la matriz extracelular de los tejidos conectivos son células específicas responsables de la mayoría de la fabricación de colágeno llamada fibroblastos. Estas células síntesis largo, tieso, las cadenas polipeptídicas. Que se montan en polímeros ordenados helicoidales triple individuales llamados moléculas de colágeno. Las moléculas de colágeno más luego se lían en fibrillas más gruesas y más grandes. Que luego se lían aún más en las fibras más grandes para proporcionar integridad estructural a la matriz extracelular para las varias cargas mecánicas puede experimentar. Diferentes configuraciones de colágeno se producen según las necesidades mecánicas de tejidos específicos. Tejido óseo, por ejemplo, utiliza una red intensa muy compacta de fibras para soportar cargas mecánicas. Sin embargo, otros tejidos, como la pared intestinal, utilizan una estructura más dispersa. Una vez extraído del tejido fino conectivo el polímero de colágeno puede utilizarse para crear diversos materiales. Porque el colágeno es un polímero hidrofílico es altamente absorbente. Por lo tanto, puede formar un hidrogel, que es una red de polímero que posee 90% de agua. Estas redes de polímeros están formadas por cadenas de polímero individuales reticulación usando varios métodos. Por ejemplo, reticulantes químicos, calor o luz UV. El grado de reticulación afecta las propiedades mecánicas de la hidrogel. Permitiendo estos materiales ser utilizado en una amplia gama de aplicaciones. Ahora que se han explicado los principios de hidrogeles de colágeno, echemos un vistazo a cómo colágeno es extraído de piel porcina y utiliza para crear un hidrogel.</div><div class="chapter_text" id="script_2">Para comenzar el tratamiento de colágeno de una muestra cutánea, primero enjuáguelo con agua destilada helada y luego usar crema depilatoria para lana, piel o depilación. Usando una cuchilla de filo única, raspar la muestra limpia de grasa y tejido conectivo y enjuague una vez más en agua fría con hielo. Luego cortar la muestra de piel en trozos de centímetro cuadrado. Para quitar el material solubilizado no colagenoso, primero pesar 5 g de cuadros cutáneos por el tubo cónico de 50 ml y añada 30 ml de hielo frío 0,5 Molar sodio acetato para cada muestra. Luego mezcle los tubos en un homogeneizador superior del Banco. Después de un minuto, deseche el sobrenadante y mezclar las muestras otra vez en acetato de sodio frío de hielo más para un total de siete ciclos de lavado. Después del último lavado, enjuague la muestra en agua fria agua destilada y mezclar una vez más para eliminar el acetato de sodio residual. Luego comprimir la muestra contra el tubo para eliminar el exceso de líquido y transferir cada muestra cutánea de procesados 5 gramos a fresca 50 ml tubos cónicos. Para extraer el colágeno Lave la muestra dos veces en 2 ml de buffer de citrato de sodio Molar.075 por gramo de muestra. Descartar los sobrenadantes y comprimir las muestras después de cada lavado ha demostrado previamente. Después del segundo lavado, añadir una alícuota fresca de buffer de citrato de sodio y luego realizar seis ciclos de agitación secuencial sin quitar el tampón entre cada ciclo. Ahora, transferir el sobrenadante a tubos individuales y añadir un mililitro un adicional de buffer de citrato de sodio Molar.075 por gramo de muestra antes de realizar un ciclo de agitación final. A continuación, centrifugar el sobrenadante a un dispositivo de filtro centrífugo para purificar el colágeno extraído. Por último, guardar el collage purificado en 4 grados centígrados.</div><div class="chapter_text" id="script_3">Ahora que el colágeno ha sido purificado, un hidrogel de colágeno puede ser fabricado y poblado de células para formar un concepto de ingeniería de tejidos. Para empezar, mezclar bien el colágeno dérmico purificado en un tubo cónico. A continuación, añadir las células inmediatas a la solución de colágeno y coloque en hielo. Pipeta el hielo tratada mezcla frío en un tejido estéril, no cultivada, superficie para minimizar la fijación y crecimiento de las células fuera del gel de colágeno. Utilice una pipeta para extender uniformemente la solución. Permita que el gel polimerizar a temperatura ambiente durante aproximadamente 10 a 15 minutos. A continuación, cubrir los geles y trasladarlos a una incubadora de 37 grados Celsius por 60 minutos adicionales terminar la polimerización. En la polimerización, el gel se convertirá opaco. Una vez polimerizado, añadir dos o tres mililitros de los medios de comunicación. Entonces el hidrogel poblada está listo para usar en estudios de cultivo de tejidos.</div><div class="chapter_text" id="script_4">Ahora que han aprendido cómo crear hidrogeles de colágeno, echemos un vistazo a algunas aplicaciones prácticas de estos materiales. Hidrogeles de colágeno a menudo se utilizan para imitar el tejido propio, como se muestra aquí. Sin embargo, pueden ocurrir cambios en la organización de la fibra de colágeno en tejido natural. Dando como resultado estructuras alineadas. Como resultado, se pueden construir matrices de colágeno Ingeniería en configuraciones ya sea al azar o alineadas. Hidrogeles de colágeno se utilizan a menudo como andamios de tejido para el desarrollo de tejidos artificiales. Proporcionando una estructura dimensional tres modificado para requisitos particulares para las células en la matriz de colágeno se reorganiza posteriormente para imitar la estructura y función del tejido real. Por ejemplo, los andamios pueden estar sentados con osteoblastos, las células responsables de la formación del hueso, para reorganizar la matriz más de cerca se asemejan a la estructura y función del tejido óseo nativo.</div><div class="chapter_text" id="script_5">Sólo ha visto la introducción de Zeus a hidrogeles de colágeno. Ahora debe comprender la estructura del colágeno, cómo está aislado y la fabricación de hidrogeles de colágeno además de sus diversas aplicaciones en el campo de la bioingeniería. ¡Gracias por ver!</div>

hidrogeles de colágeno

Collagen Hydrogels

El colágeno es otro biomaterial ampliamente utilizado que ha encontrado Popularidad en aplicaciones comerciales, como la fotografía. Colágeno se ha utilizado más recientemente en ingeniería aplicaciones, mediante la creación de hidrogeles que proporcionan estructura al tejido ingeniería de tejidos.
Este video presenta el colágeno como un biomaterial, demuestra cómo se cosecha de piel porcina y muestra cómo se utiliza el material para crear un hidrogel para aplicaciones de ingeniería de tejidos. Por último, se muestran diversas aplicaciones de estas técnicas y el material.

Hidrogeles de colágeno

Collagen is another widely used biomaterial that has found popularity in commercial applications, such as photography. Collagen has more recently been ...

Los hidrogeles de colágeno actúan como una estructura tridimensional biológicamente compatible, similar a la del tejido nativo, lo que facilita el desarrollo de tejido de ingeniería. El colágeno, el componente principal de estos geles, es una proteína de la matriz extracelular que se encuentra en el tejido conectivo. Y se utiliza para fabricar hidrogeles que son redes de polímeros 3D compuestas principalmente de agua. Este video presentará el papel fisiológico del colágeno, un procedimiento para el aislamiento y procesamiento del colágeno de la piel porcina, la fabricación de hidrogeles a partir de la proteína purificada y, finalmente, algunas aplicaciones para el uso de estos hidrogeles de colágeno. Dentro de la matriz extracelular de los tejidos conectivos hay células específicas responsables de la mayor parte de la producción de colágeno llamadas fibroblastos. Estas células sintetizan cadenas polipeptídicas largas y rígidas. Los cuales, se ensamblan en polímeros individuales de triple hélice llamados moléculas de colágeno. Luego, las moléculas de colágeno se agrupan en fibrillas más gruesas y grandes, que luego se agrupan aún más en fibras más grandes para proporcionar integridad estructural a la matriz extracelular para las diversas cargas mecánicas que puede experimentar. Se producen diferentes configuraciones de colágeno según las necesidades mecánicas de los tejidos específicos. El tejido óseo, por ejemplo, utiliza una red de fibras muy compactas e intensas para soportar cargas mecánicas. Sin embargo, otros tejidos, como la pared intestinal, utilizan una estructura más dispersa. Una vez extraído del tejido conectivo, el polímero de colágeno se puede utilizar para crear diversos materiales. Debido a que el colágeno es un polímero hidrofílico, es altamente absorbente. Por lo tanto, puede formar un hidrogel, que es una red de polímeros que contiene hasta un 90% de agua. Estas redes de polímeros se forman mediante la reticulación de cadenas poliméricas individuales utilizando varios métodos, como reticulantes químicos, calor o luz ultravioleta. El grado de reticulación afecta las propiedades mecánicas del hidrogel. Por lo tanto, permite que estos materiales se utilicen en una amplia gama de aplicaciones. Ahora que se han explicado los principios de los hidrogeles de colágeno, echemos un vistazo a cómo se extrae el colágeno de la piel porcina y se utiliza para crear un hidrogel. Para comenzar el procesamiento del colágeno de una muestra dérmica, primero enjuáguela con agua destilada helada y luego use crema depilatoria para la depilación de lana, piel o vello. Con una cuchilla de afeitar de un solo filo, raspe la muestra para limpiarla de tejido conectivo y grasa, y enjuague una vez más con agua helada. A continuación, corte la muestra de piel en trozos cuadrados de centímetros. Para eliminar el material solubilizado no colágeno, primero pese 5 gramos de cuadrados dérmicos por tubo cónico de 50 mililitros y luego agregue 30 mililitros de acetato de sodio 0.5 molar helado a cada muestra. A continuación, mezcle los tubos en un homogeneizador de sobremesa. Después de un minuto, deseche el sobrenadante y mezcle las muestras nuevamente en acetato de sodio helado durante un total de siete ciclos de lavado. Después del último lavado, enjuague la muestra con agua destilada helada y mezcle una vez más para eliminar el acetato de sodio residual. A continuación, comprima la muestra contra el tubo para eliminar el exceso de líquido y transfiera cada muestra dérmica procesada de 5 gramos a tubos cónicos nuevos de 50 mililitros. Para extraer el colágeno, lavar la muestra dos veces en 2 mililitros de tampón de citrato de sodio molar .075 por gramo de muestra. Deseche los sobrenadantes y comprima las muestras después de cada lavado que se haya demostrado previamente. Después del segundo lavado, agregue una alícuota nueva de tampón de citrato de sodio y luego realice seis ciclos de agitación secuenciales sin quitar el tampón entre cada ciclo. Ahora, transfiera los sobrenadantes a tubos de recolección individuales y agregue un mililitro adicional de tampón de citrato de sodio de .075 molar por gramo de muestra antes de realizar un ciclo de agitación final. A continuación, centrifuga de nuevo el sobrenadante en un dispositivo de filtro centrífugo para purificar el colágeno extraído. Por último, guarda el collage purificado a 4 grados centígrados. Ahora que el colágeno se ha purificado, se puede fabricar un hidrogel de colágeno y poblarlo con células para formar una construcción de tejido de ingeniería. Para empezar, mezcle bien el colágeno dérmico purificado en un tubo cónico. Luego, agregue las células inmediatamente a la solución de colágeno y colóquela en hielo. Pipetear la mezcla helada en una superficie estéril, tratada con no cultivo de tejidos, para minimizar la adhesión y el crecimiento de células fuera del gel de colágeno. Utilice una punta de pipeta para distribuir uniformemente la solución. Deje que el gel se polimerice a temperatura ambiente durante aproximadamente 10 a 15 minutos. A continuación, cubra los geles y muévalos a una incubadora a 37 grados centígrados durante 60 minutos adicionales para finalizar la polimerización. Tras la polimerización, el gel se volverá opaco. Una vez polimerizado, agregue de dos a tres mililitros de medio. A continuación, el hidrogel poblado está listo para su uso en estudios de cultivo de tejidos. Ahora que has aprendido a construir hidrogeles de colágeno, veamos algunas aplicaciones prácticas de estos materiales. Los hidrogeles de colágeno se utilizan a menudo para imitar el tejido nativo, como se muestra aquí. Sin embargo, pueden ocurrir cambios en la organización de las fibras de colágeno en el tejido natural. El resultado es estructuras alineadas. Como resultado, las matrices de colágeno diseñadas se pueden construir en configuraciones aleatorias o alineadas. Los hidrogeles de colágeno se utilizan a menudo como andamios de tejidos para el desarrollo de tejidos artificiales. Al proporcionar una estructura tridimensional personalizada para que las células la habiten, la matriz de colágeno se reorganiza posteriormente para imitar la estructura y la función del tejido real. Por ejemplo, los andamios se pueden asentar con osteoblastos, las células responsables de la formación ósea, para reorganizar la matriz y parecerse más a la estructura y función del tejido óseo nativo. Acabas de ver la introducción de Jove a los hidrogeles de colágeno. Ahora debe comprender la estructura del colágeno, cómo se aísla y la fabricación de hidrogeles de colágeno, además de sus diversas aplicaciones en el campo de la bioingeniería. ¡Gracias por mirar!

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JoVE Science Education

Engineering

Ingeniería

Bioengineering

Bioingeniería

porcine collagen for tissue engineering

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure.

This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications.

The video also shows several applications of collagen and the methods used to make these hydrogels. It highlights how a natural material can be processed into a scaffold-like form for building tissue models.

Porcine Collagen for Tissue Engineering

overview of biomaterials

Biomaterials in Medicine and Engineering

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications. These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological...

collagen hydrogels

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure. This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications. The video also shows several applications of collagen and the methods used to...

electrospinning of silk biomaterials

Silk Cocoon Processing for Fiber Mats

Silk cocoons can be processed into a soluble material that is useful for making biomaterials. Silk fibers have been used for fabrics and threads for centuries, but turning them into a versatile pre-polymer solution is a newer technique. That solution can then be shaped into materials with controllable mechanical properties. The process begins with silk worm cocoons. The silk is solubilized, or dissolved, so it can be handled as a liquid-like solution. The video then shows how that silk...

overview of biomem devices

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient. BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The...

microfabrication via photolithography

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices. The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

soft lithography

Photolithography for Microfluidic Device Making

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device. These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies. The process also shows how...

overview of bioprocess engineering

Bioreactors and Protein Production in Bioprocessing

Bioprocessing uses living organisms to make a desired target product. In many cases, that product is a protein made in a bioreactor, which is a controlled vessel for growing cells. This process often relies on genetically engineered organisms. Engineers design the system so the cells can produce proteins at large scale. That approach is central to making biotherapeutics, which are drugs made from biological materials. Biotherapeutics are important medicines for complex diseases such as...

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Engineering Cells to Produce Proteins

Synthetic biology is a bioengineering method for programming cells to make useful products. In many cases, the goal is to genetically modify an organism so it can produce large amounts of a protein. That protein may already be made by the cell, or it may come from a newly inserted DNA sequence. The process depends on changing an organism’s genetic material. This is done with transformation or transfection, two common ways to introduce DNA into cells. The video also shows how this work is...

batch and continuous bioreactors

Growing Cells in Bioreactors

Bioreactors are used to grow organisms in large volumes. This makes it possible to produce large amounts of a target product. In laboratory and bioengineering settings, they provide a controlled place for cell growth and product formation. The two main reactor types are batch reactors and continuous reactors. A batch reactor contains all of the materials needed for cell growth at the start. A continuous reactor has inlet and outlet ports, so fresh growth media can be added while cell waste is...

overview of biosensing

How Biosensors Detect Molecules

Biosensors detect biological molecules and chemical contaminants by combining biology with physical measurement. They can identify targets such as proteins or cells, as well as non-biological molecules like chemicals or contaminants. This makes biosensing a useful field for studying and monitoring many kinds of samples. These devices rely on different signal types to find the target molecule. Some biosensors use electrical signals, while others depend on optical, electrochemical, or mechanical...

electrochemical biosensing

Glucose Sensors and Cancer Detection

Electrochemical biosensors detect target molecules by measuring an oxidation-reduction event. That signal changes when a molecule binds to the sensor surface. These sensors helped shape modern biosensing after the first glucose biosensor was invented. The glucose biosensor is a key example of this technology. It shows how electrochemical sensing can track a biological target through a measurable electrical change. The same basic idea also helps explain how electrochemical biosensors can be...

optical biosensing

Detecting Molecules with Light

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present. Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs. This page introduces both label and label-free optical biosensors. It...

overview of tissue engineering

Building Artificial Tissue with Biomaterials

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement. The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication. The video also outlines common methods...

histotypic tissue culture

3D Cell Growth on Engineered Matrices

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed. The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

whole organ tissue culture

Lung Decellularization and Recellularization

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells. The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native...

bioengineering

Esta colección abarca conceptos centrales de la bioingeniería, que incluyen la producción de biomateriales, cultivos de tejidos histotípicos y de órganos completos, técnicas de bioprocesamiento y los complejos campos de bioMEM y biodetección.

Explore how collagen from porcine skin is prepared into hydrogels for tissue engineering, with examples of its uses and commercial background in photography.

Porcine Collagen for Tissue Engineering

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