Name: Tri-capa electrospinning que imita la arquitectura nativa arterial con policaprolactona, elastina, colágeno y: un estudio preliminar (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-01-04T16:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 47 s
Description: Aprende electrohilado tricapa para ingeniería de tejidos vasculares usando policaprolactona, elastina y colágeno. Este método permite ajustar propiedades mecánicas en cada capa para optimizar injertos arteriales.

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<ol><li> Antes de electrospinning, colágeno, a partir de 6 meses dermis bovina, debe ser extraído por medio de un proceso basado en ácido acético. Este colágeno extraído se purifica a través de una serie posterior de las disoluciones, las precipitaciones, y diálisis. Una vez que el colágeno liofilizado es, el proceso de electrospinning puede comenzar. </li><li> Tres materiales están concentrados: policaprolactona (PCL), elastina (ELAS) y colágeno (COL). Estos materiales serán por separado disuelto en 1,1,1,3,3,3 hexafluoro-2-propanol (HFP, Islas Turcas y Caicos Estados Unidos) a concentraciones de 100 mg / ml, 200 mg / ml, y 70 mg / ml, respectivamente. </li><li> Los materiales se mezclan en cinco viales de centelleo diferentes relaciones volumétricas de 98-2-0 PCL-ELAS-COL (íntima), 45-45-10, 55-35-10, 65-25-10 y PCL-ELAS COL- (medios), y 70-0-30 PCL-ELAS-COL (adventicia). </li><li> Para los ensayos de tracción uniaxial y las pruebas individuales capa de cumplimiento, cada uno de los materiales se electrospun individual, mientras que varias capas injertos vasculares para estallar, retención de la sutura, y la prueba de conformidad se electrospun de una configuración de 3 a 1. Uniaxial andamios de ensayos de tracción son planas y rectangulares (2,5 cm de ancho x 10,2 cm de largo x 0,3 cm de espesor), ya que los dos mandriles mm de diámetro, utilizado para electrospin capas individuales y los injertos de varias capas eran demasiado pequeños para la perforación de muestras de ensayo. </li><li> Por tanto electrospinning individuales y de múltiples capas, las soluciones de polímeros fueron cargados en un plástico de 3 ml jeringa Becton Dickinson, con un 18 calibre romo punta de la aguja, y se coloca en una bomba de jeringa a un ritmo dispensario conjunto. Las tasas individuales de electrospinning se establece en 4 ml / hora, mientras que las tasas de varias capas electrospinning fueron variadas en función de la transición y la capa. Caudales y volúmenes fueron como tal: la íntima fue electrospun a un ritmo de 4 ml / hora y un volumen de 0,5 ml seguido por una transición que combina ambas jeringas íntima y media de 0,2 ml a 2 ml / hora cada uno. La jeringa íntima fue cerrado luego de la capa media y se le permitió girar por 0.6 ml a 4 ml / h seguido por una transición entre la media y la adventicia de 0,2 ml de solución de polímero en 2 ml / hora cada uno. Finalmente, los medios de comunicación se detuvo y la adventicia se le permitió girar por 0.4 ml a 4 ml / hr. </li><li> Todas las muestras fueron entrecruzados en 50 mM de EDC durante 18 horas antes de cualquier prueba 1. </li><li> Ensayo de tracción uniaxial se realizó en seis muestras de una hoja electrospun hidratado en PBS durante 24 horas. &quot;Hueso de perro&quot;, las muestras fueron perforados en forma de esteras electrospun y probado en un sistema MTS Bionix pruebas de 200 con una célula de carga de 100 N y una tasa de extensión de 10,0 mm / min. Pico de estrés, el módulo, y alargamiento a la rotura se calcula utilizando la versión TestWorks 4. </li><li> Pruebas de sutura de retención se realizó en seis muestras de 2 mm de diámetro interior tubular de seis injertos electrospun diferentes, empapado en PBS durante 24 horas a 37 ° C, en un sistema MTS Bionix pruebas de 200 con una célula de carga de 50 N (MTS Systems Corp.) y una tasa de extensión de 150,0 mm / min, de acuerdo con la recta a través de procedimiento que se describe en el American National Standards Institute 2. 5-0 comercial PDS II sutura monofilamento violeta se puso 2 mm desde el final de la muestra y se extendió hasta la sutura se había retirado a través del injerto. La carga máxima se registró en gramos-fuerza con la versión TestWorks 4. </li><li> Prueba de fuerza de ráfaga se llevó a cabo en seis muestras de seis injertos electrospun diferentes. Tubos de estallar, 2-3 cm de longitud, se hidrataron en PBS, equipado a más de 1,5 mm de diámetro pezones conectado al dispositivo, y se fija con sutura de seda 2-0. Se introdujo aire en el sistema, aumentando la presión a una velocidad de 5 mmHg / s hasta los tubos de explosión 2. Los resultados se presentan como la presión en mmHg en la que los tubos rotos. </li><li> La distensibilidad dinámica se determinó por seis injertos de 2 mm de diámetro interior tubular tomada de seis injertos electrospun diferentes en una longitud de 3 cm por debajo de simular las condiciones fisiológicas. Ambas capas individuales y de múltiples capas construcciones tubulares se electrospun y probado en las mismas condiciones. Las muestras fueron probadas en una ingeniería de tejidos inteligentes a través de la estimulación mecánica (elementos) biorreactor desarrollado por las tecnologías de crecimiento de tejido lleno de PBS a 37 ° C. El biorreactor siempre un cambio cíclico de presión de 1 Hz en el interior del injerto, en el que tres diferentes niveles de presión de 90/50, 120/80 y 150/110 mmHg sistólica / diastólica fueron investigados 2, 3. </li></ol> Resultados representante Cuando los protocolos electrospinning se llevan a cabo correctamente, el producto final debe ser un tubo suave y sin fisuras, sin signos iniciales de la delaminación entre las capas. Cuando los ensayos de tracción uniaxial, pruebas de estallido fuerza, las pruebas de sutura de retención, y las pruebas de cumplimiento se llevan a cabo, los resultados deben indicar que a medida que la rigidez de capa media es mayor, con cantidades reducidas de la elastina, las propiedades mecánicas asociadas deben demostrar un tubo rígido.

<ol><li>McClure, M. J., Sell, S. A., Barnes, C. P., Bowen, W. C., Bowlin, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cross-linking+Electrospun+Polydioxanone-Soluble+Elastin+Blends%3A+Material+Characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Engineered+Fibers+and+Fabrics%22%5BJournal%5D)">Cross-linking Electrospun Polydioxanone-Soluble Elastin Blends: Material Characterization.</a> Journal of Engineered Fibers and Fabrics. 3, 1-10 (2008).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Cardiovascular+implants+-+Vascular+graft+protheses%22">Cardiovascular implants - Vascular graft protheses</a>. VP20, AAMI Press. Bethesda, MD. (1994).</li>
<li>McClure, M. J., Sell, S. A., Simpson, D. G., Walpoth, B. H., Bowlin, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+three-layered+electrospun+matrix+to+mimic+native+arterial+architecture+using+polycaprolactone%2C+elastin%2C+and+collagen%3A+A+preliminary+study%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">A three-layered electrospun matrix to mimic native arterial architecture using polycaprolactone, elastin, and collagen: A preliminary study.</a> Acta Biomater. , (2010).</li>
</ol>

Varios autores han Estados Unidos y patentes internacionales pendientes relativas a la tecnología presentada en este manuscrito, y esta tecnología ha sido licenciada a Organogenesis, Inc.

La parte más crítica de este estudio es el proceso de electrospinning. Cuando se utiliza un 3-1 de entrada y salida de la boquilla, arco y la pérdida de carga puede ocurrir. Si esto ocurre, la tensión asociada con el polímero que está girando disminuirá, haciendo soldado, &quot;húmedo&quot;, las fibras y la creación de la delaminación entre cada una de las tres capas. Por lo tanto, de acuerdo potenciales eléctricos son esenciales para obtener un ideal de múltiples capas del tubo. Desajuste d...

<table><tbody><tr><td>Policaprolactona</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elastina</td><td>Elastin Products Company</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Colágeno</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ácido acético</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de sodio</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TRIS</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Centrífuga Avanti J-HC de 6 L</td><td>Beckman Coulter Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1,1,1,3,3,3 hexafluoro-2-propanol</td><td>TCI America</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Jeringa de 3 ml de Becton Dickinson</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fuente de alimentación montable en bastidor CZE1000R</td><td>Spellman</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bomba de jeringa de alta presión</td><td>Cole-Parmer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1-etil-3-(3-dimetilaminopropil)-carbodiimida</td><td>Pierce, Thermo Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Etileno al 70 %</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Software ImageTool 3.0</td><td>Software gratuito proporcionado por UTHSCSA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microscopio electrónico de barrido</td><td>Carl Zeiss, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sistema de pruebas MTS Bionix 200</td><td>MTS Systems Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TestWorks versión 4</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Biorreactor de ingeniería tisular inteligente mediante estimulación mecánica (ITEMS)</td><td>Tissue Growth Technologies</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

tri-capa electrospinning que imita la arquitectura nativa arterial con policaprolactona, elastina, colágeno y: un estudio preliminar

Tri-layered Electrospinning to Mimic Native Arterial Architecture using Polycaprolactone, Elastin, and Collagen: A Preliminary Study

A lo largo de la arteria nativa, el colágeno y la elastina desempeñan un papel importante, proporcionando una red troncal mecánica, evitando la rotura del recipiente, y promover la recuperación en deformaciones pulsátil. El objetivo de este estudio fue el de imitar la estructura de la arteria nativa mediante la fabricación de un conducto electrospun compuesta de varias capas de poli (caprolactona) (PCL) con la adición de elastina y colágeno, con mezclas de 45-45-10, 55-35 - 10 y 65-25-10 PCL-ELAS-COL para demostrar las propiedades mecánicas del tejido arterial indicativo nativos, sin dejar de ser propicio para la regeneración de los tejidos. Injertos de conjunto y las capas individuales se analizaron mediante el ensayo de tracción uniaxial, el cumplimiento dinámico, retención de la sutura, y la resistencia a la rotura. Los resultados revelaron que el cumplimiento de los cambios en la capa media / media cambiado el comportamiento general del injerto con todo el cumplimiento de los valores de injerto que van desde 0,8 hasta 2,8% / 100 mmHg, mientras que los resultados demostraron una amplia uniaxial módulo promedio de 2,0 a 11,8 MPa. Tanto los datos del módulo y el cumplimiento de mostrar los valores dentro del rango de la arteria nativa. Modelos matemáticos se llevó a cabo para mostrar cómo los cambios en la rigidez de la capa de afectar el estrés en general pared circunferencial, y como ayuda de diseño para lograr la mejor combinación mecánica de los materiales. En general, los resultados indicaron que un injerto puede ser diseñado para imitar una estructura de tres capas mediante la alteración de las propiedades de capa.

El objetivo de este estudio fue simular el nativo de tres arquitectura en capas de la pared arterial. Para lograr esto, electrospinning se empleó con el uso de un 3-1 (input-output) de la boquilla y mezclas de policaprolactona, elastina y colágeno.

Tri-capa electrospinning que imita la arquitectura nativa arterial con policaprolactona, elastina, colágeno y: un estudio preliminar

A lo largo de la arteria nativa, el colágeno y la elastina desempeñan un papel importante, proporcionando un soporte mecánico, previniendo la ruptura del vaso y promoviendo la recuperación...

El objetivo general del siguiente experimento es observar cómo los cambios en las propiedades de los materiales de diferentes capas pueden afectar las propiedades mecánicas generales del injerto. Esto se logra preparando soluciones poliméricas naturales y sintéticas para proporcionar parámetros óptimos de electrohilado. Como segundo paso, las soluciones deben combinarse en proporciones específicas, lo que provocará el cambio deseado en las propiedades del material.A continuación, gire electrostáticamente las soluciones sobre un mandril cilíndrico para crear una estructura multicapa con propiedades mecánicas variables. Se obtienen resultados que muestran cambios en las propiedades mecánicas según la compliancia, la resistencia al nacimiento, la retención de sutura, la prueba de tracción uniaxial y el análisis matemático. Hola, mi nombre es Michael McClure.Hoy voy a hablarles sobre la esponja electrohilada de tres capas de los injertos. Una de las principales ventajas de nuestra técnica frente a otras, como los injertos vasculares singulares, es nuestra capacidad para ajustar con precisión las propiedades del material en capas individuales, afectando así las propiedades generales del material ME. Antes de la electrospinning, extraiga colágeno del corion bovino de seis meses utilizando un proceso basado en ácido acético. Este colágeno extraído se purifica posteriormente mediante una serie de disoluciones, precipitaciones y diálisis. Recolecte al menos 500 miligramos de colágeno liofilizado para el procedimiento de electrospinning.A continuación, utilizando un vial de centelleo de 20 mililitros, prepare una solución de 100 miligramos por mililitro de policaprolactona midiendo 150 miligramos de perlas de monómero y disolviéndolos en 50 mililitros de 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol. Mediante el mismo procedimiento, prepare siete mililitros de elastina al 200 miligramos por mililitro y siete miligramos por mililitro de colágeno. Luego, utilice cinco viales de centelleo y combine cinco mililitros totales de las soluciones de PCL, elastina y colágeno en cada vial en las siguientes proporciones volumétricas: 98:2:0 (PCL:elastina:colágeno), que representa la íntima arterial; 45:45:10, 55:35:10 y 65:25:10 (PCL:elastina:colágeno), que representan la media arterial; y 70:0:30 (PCL:elastina:colágeno) para la adventicia arterial.Ahora, utilizando una aguja rombuda de tres mililitros y calibre 18, cargue tres mililitros de solución en una bomba de jeringa. Para las propiedades materiales individuales de cada solución de PCL Elastina colágeno, establezca la velocidad de dispensación en cuatro mililitros por hora durante un total de tres mililitros.Estas soluciones serán electrohiladas sobre un mandril rectangular para diseñar injertos multicapa con soluciones poliméricas de elastina colágeno PCL. La velocidad de electrohilado variará según la transición y la capa electrohilada: las soluciones poliméricas para la íntima a cuatro mililitros por hora y un volumen de 0,5 mililitros, seguidas por una transición que combina las jeringas íntima y media usando 0,2 mililitros y una velocidad de electrohilado de dos mililitros por hora cada una. A continuación, se desconectará la jeringa íntima y se electrohilará la capa media durante 0,6 mililitros a cuatro mililitros por hora.A continuación, realice una transición entre las jeringas de medio y adventis con 0,2 mililitros de solución polimérica a una velocidad de dos mililitros por hora cada una. Finalmente, detenga la jeringa de medio y continúe el electrohilado del adventis con 0,4 mililitros a una velocidad de cuatro mililitros por hora. Después del electrohilado, utilice 50 milimolar de EDC en cada muestra y permita 18 horas para la reticulación antes de realizar pruebas adicionales.Para evaluar los materiales electrohilados en cuanto a parámetros de tracción uniaxial, primero hidrate la lámina electrohilada en 15 mililitros de PBS 1X durante 24 horas en una placa de Petri. Luego, utilizando un punzón en forma de hueso con una longitud útil de 7,5 milímetros y un ancho de 2,5 milímetros en su punto más estrecho, corte seis muestras del material electrohilado. Esta forma garantizará la falla del material en su sección más angosta.A continuación, utilizando un sistema de pruebas MTS Bionics 200, pruebe las muestras BUN de los electrodos con una celda de carga de 100 N y una velocidad de extensión de 10 milímetros por minuto. Utilice el software de trabajo de prueba para calcular la tensión máxima, el módulo y la deformación en la ruptura de cada producto material individual. Para evaluar la retención de sutura de los injertos multicapa, recolecte seis especímenes tubulares diferentes de esponja electrostática de dos milímetros de diámetro y tres milímetros de longitud, y sumerja los especímenes en una placa de Petri con PBS 1X durante 24 horas en un incubador a 37 grados Celsius.Luego, utilice una celda de carga de 50 N y una velocidad de extensión de 150 milímetros por minuto. Para probar la retención de sutura con el sistema biónico MTX 200, coloque cinco PD comerciales cero. Dos monofilamentos violetas.Suture a dos milímetros del extremo de la muestra utilizando un par de calibres para medir y extender hasta que la sutura atraviese el injerto; registre la carga máxima en gramos de fuerza utilizando TestWorks, versión cuatro. Para evaluar la resistencia a la ruptura en injertos electrohilados, recolecte otros seis especímenes tubulares electrohilados diferentes de dos milímetros de diámetro y de dos a tres centímetros de longitud, e hidrátelos en PBS durante 24 horas a 37 grados Celsius. Tras la hidratación, coloque el tubo sobre una tetina de 1,5 milímetros de diámetro conectada al dispositivo y fíjelo con una sutura de seda número 2-0 atando un nudo quirúrgico alrededor del injerto y el extremo de la tetina. A continuación, introduzca aire en el sistema de ruptura y aumente la presión a una velocidad de cinco milímetros de mercurio por segundo hasta que los tubos revienten.Recopile datos sobre la resistencia a la rotura como presión en milímetros de mercurio a la que se rompen los tubos. Finalmente, evalúe la compliancia dinámica obteniendo seis injertos tubulares de dos milímetros de diámetro, tomados de seis injertos electrohilados diferentes, cortados a una longitud de tres centímetros. Hidrate las muestras en PBS durante 24 horas.A 37 grados Celsius. Coloque los injertos sobre una tetina personalizada de 1,5 milímetros de diámetro, asegurándolos con una sutura de seda número dos cero mediante un nudo quirúrgico. Coloque los injertos en un biorreactor inteligente para ingeniería de tejidos mediante estimulación mecánica, desarrollado por Tissue Growth Technologies.Llene el biorreactor con 500 mililitros de PBS a 37 grados Celsius. Configure el biorreactor para proporcionar un cambio cíclico de presión de un hercio en el interior del injerto y pruebe tres niveles diferentes de presión de 90 sobre 50, 120 sobre 80 y 150 sobre 110 milímetros de mercurio para las presiones sistólica y diastólica. Cuando los protocolos de electrohilado se llevan a cabo correctamente, el producto final debe ser un tubo suave y sin costuras como se observa aquí, sin signos iniciales de desaminación entre las capas.Se muestra aquí un tubo deslaminado para su comparación. Esta imagen proporciona información sobre los valores del ensayo de tracción axial UNI para la tensión máxima tangencial y la deformación hasta la ruptura de las capas íntima, media y adventicia individuales que contienen mezclas específicas de PCL, elastina y colágeno. Las tendencias indican un aumento de la tensión máxima y del módulo tangencial con el incremento del contenido de PCL, mientras que la deformación hasta la ruptura disminuye. Los resultados de retención de sutura se muestran aquí, siendo el E-P-T-F-E el que presenta la mayor retención de sutura, y la proporción 65 a 25 a 10 la más cercana al estándar de vena safena, representado mediante una línea discontinua. Se evaluaron como comparación una arteria femoral de cerdo no viable y el E-P-T-F-E.La presión de rotura, tal como se muestra en esta gráfica, indica que los materiales 55 a 35 a 10 y 65 a 25 a 10 presentan la presión de rotura más alta. Esto es similar a los 1.600 milímetros de mercurio que la American National Standards Institute exige para todos los injertos vasculares destinados al uso comercial. Por último, las pruebas de compliancia determinadas mediante radar interno a tres presiones arteriales medias diferentes indican cómo un aumento del contenido de PCL únicamente en la capa media puede provocar una disminución gradual de la compliancia para los tres tipos de presiones fisiológicas. La parte más crítica de este estudio es el proceso legislativo.Al utilizar una relación de entrada y salida de tres a uno, puede producirse una pérdida de carga en la boquilla. Si esto ocurre, la protuberancia se asocia con un polímero que actualmente se está electrohilando y puede disminuir también. Esto puede provocar fibras húmedas soldadas y delaminación entre las tres capas.Por lo tanto, un potencial eléctrico constante es esencial al hilar eléctricamente un injerto vascular trifásico.

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Bioingeniería

Andamios electrospun puede ser procesado post-producción para aplicaciones de ingeniería de tejidos. Aquí se describen los métodos para hacer girar los andamios complejos (por hilado consecutivos), para la fabricación de andamios más gruesas (por el multi-capas usando calor o recocido de vapor), para lograr la esterilidad (la producción aséptica o esterilización de la post-producción) y para la consecución de adecuadas propiedades biomecánicas.

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