Method Article

ייצור של זיכרון מבוסס PCL יו, "עצמית הולם" צורת פולימר פיגום

DOI:

10.3791/52981

⸱

October 23rd, 2015

 ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Texas A&M University, 2Department of Material Science and Engineering, Texas A&M University, 3Institute of Advanced Materials and Technology, University of Science & Technology Beijing

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פיגומים המסוגלים להתאים לפגמים בעצם הגולגולת-לסת (CMF) תוך הפגנת מוליכות אוסטאו-מוליכות ופעילות ביולוגית מעניינים. פרוטוקול זה מתאר הכנת פיגום זיכרון צורה המבוסס על פוליקפרולקטון דיאקרילט (PCL-DA) בשיטת שטיפת חלקיקים יציקת ממס (SCPL) המשתמשת בתבנית מלח התמזגה ויישום ציפוי פולידופמין ביו-אקטיבי.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הנדסת רקמות נחקרה כאסטרטגיה חלופית לטיפול בפגמים בעצם הגולגולת-לסת (CMF) בגודל קריטי. חיוני להצלחת גישה זו הוא פיגום המסוגל להתאים באופן קונפורמי לפגם לא סדיר תוך שיש לו את ההתכלות הביולוגית הנדרשת, קישוריות נקבוביות ופעילות ביולוגית. מטבע תכונות התאוששות הצורה והקיבוע שלהם, פיגומי פולימר זיכרון צורה (SMP) יכולים להשיג פגמים "מתאימים לעצמם". באופן זה, בעקבות חשיפה למי מלח חמים (~60 מעלות צלזיוס), פיגום ה-SMP יהפוך לגמיש, מה שיאפשר ללחוץ אותו ידנית לפגם לא סדיר. קירור לאחר מכן (~37 מעלות צלזיוס) יחזיר את הפיגום למצבו הנוקשה יחסית בתוך הפגם. כדי לעמוד בדרישות אלה, פרוטוקול זה מתאר הכנת פיגומי SMP שהוכנו באמצעות ריפוי פוטוכימי של פוליקפרולקטון דיאקרילט מתכלה (PCL-DA) בשיטת שטיפת חלקיקים יציקת ממס (SCPL). תבנית מלח התמזגה משמשת להשגת קישוריות נקבוביות. כדי לממש ביו-אקטיביות, מורחים ציפוי פולידופמין על פני קירות נקבוביות הפיגום. מתוארים גם אפיון של התנהגויות זיכרון בהתאמה עצמית וצורה, קישוריות נקבוביות ופעילות ביולוגית במבחנה.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כיום נחשב סטנדרטי של קרניו-ולסת (CMF) טיפולי פגם עצם הזהב, השתלה אוטולוגית של שתלים שנקטפו מתעכבת על ידי הליכים מורכבים השתלה, תחלואת אתר תורם וזמינות מוגבלת 1. קושי מיוחד הוא בעיצוב ותיקון autograft הנוקשה בחוזקה לפגם במטרה להשיג osseointegration ולמנוע ספיגת שתל. הנדסת רקמות נחקרה כאסטרטגיה חלופית לautografting ותחליפים סינטטיים עצם (מלט עצם למשל) 2,3. קריטי להצלחה של גישת הנדסת רקמות הוא פיגום עם קבוצה מסוימת של נכסים. ראשית, על מנת להשיג osseointegration, הפיגום חייב ליצור קשר הדוק עם רקמת עצם סמוך 4. הפיגום צריך להיות גם osteoconductive, המאפשר נדידת תאים, דיפוזיה התזונתית ו4,5 תצהיר neotissue. התנהגות זו, בדרך כלל, שהושגה עם SCA מתכלהffolds מציג מורפולוגיה נקבובית קשורה מאוד. לבסוף, הפיגום צריך להיות ביו כדי לקדם אינטגרציה ומליטה עם רקמות עצם 5.

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להכין פיגום הנדסת רקמות עם מאפיינים אלה. חשוב לציין, פיגום זה מציג את היכולת "כושר-עצמי" לפגמי CMF בלתי סדירים בשלה צורת התנהגות זיכרון 6. פולימרים Thermoresponsive זיכרון צורה (SMPS) ידועים לעבור שינוי צורה בחשיפה לחום 7,8. SMPS מורכב "netpoints" (כלומר כימי או crosslinks הפיזי) הקובע את הצורה הקבועה ו" מגזרי מיתוג ", שלשמור על הצורה הזמנית ולשחזר את הצורה הקבועה. מגזרי המיתוג להציג טמפרטורה תרמית מעבר (T טראנס) המתאימה לשני מעבר הזכוכית (ז T) או להמס מעבר (T מ ') של הפולימר. כתוצאה, SMPS עשוי להיות מעוות ברצף לצורה זמנית בT> T טראנס, קבועה בצורה הזמנית בT טראנס, והתאושש לצורה הקבועה בT> T טראנס. לפיכך, פיגום SMP יכול להשיג "עצמי הולם" בתוך פגם CMF כדלקמן 6. לאחר החשיפה לחמם מלוח (T> T טראנס), פיגום SMP יהיה נזיל, המאפשר פיגום גלילי מוכן הגנרי להיות יד לחץ לפגם לא סדיר, עם התאוששות צורת קידום הרחבת הפיגום לגבול הפגם. בקירור (T טראנס), הפיגום יחזור למצב יחסית יותר הנוקשה שלה, עם קיבעון צורת שמירת הצורה הזמנית החדשה שלה בפגם. בפרוטוקול זה, פיגום SMP מוכן מpolycaprolactone (PCL), פולימר מתכלה נחקר בהרחבה לשחזור רקמות ויישומים ביו-רפואיים אחרים 9-11. לזיכרון צורה, הT מ 'דואר של PCL משמש כT טראנס ומשתנה בין 43 ו -60 המעלות צלזיוס, תלוי במשקל המולקולרי של PCL 12. בפרוטוקול זה, T טרנס (T מ 'כלומר) של הפיגום הוא 56.6 מעלות צלזיוס ± 0.3 6.

על מנת להשיג osteoconductivity, פרוטוקול פותח כדי להפוך את פיגומי SMP מבוססי PCL עם נקבוביות קשורות מאוד המבוססות על שיטת חלקיקים-שטיפת הליהוק ממס (SCPL) 6,13,14. diacrylate Polycaprolactone (PCL-DA) (M = n ~ 10,000 g / mol) נוצל כדי לאפשר crosslinking המהיר, פוטו ופורק ב dichloromethane (DCM) כדי לאפשר ממס הליהוק מעל תבנית מלח. בעקבות תרופת פוטו ואידוי ממס, תבנית מלח הוסרה על ידי שטיפה במים. הגודל הממוצע מלח מסדיר גודל נקבובית פיגום. חשוב לציין, תבנית מלח הייתה התמזגה עם מים לפני ממס ליהוק להשיג interconnectivi הנקבוביתטאי.

הפעילות ביולוגית הייתה הנחילה לפיגום SMP על ידי בהיווצרות באתרו של ציפוי polydopamine על קירות נקבוביות 6. פעילות ביולוגית הוא הציג לעתים קרובות לפיגומים על ידי ההכללה של חומרי מילוי זכוכית או זכוכית קרמית 15. עם זאת, אלה עלולים לגרום לתכונות מכאניות פריכות לא רצויות. דופמין הוכח כדי ליצור שכבה חסיד, דקה polydopamine על מגוון רחב של מצעי 16-19. בפרוטוקול זה, פיגום SMP היה נתון לפתרון מעט בסיסי (pH = 8.5) של דופמין כדי ליצור ציפוי nanothick של polydopamine על כל הקיר נקבובית המשטחים 6. בנוסף לשיפור hydrophilicity משטח להידבקות תא משופר ומתפשט, polydopamine הוכח להיות ביו במונחים של היווצרות של hydroxyapatite (הפ) בחשיפה לנוזלי גוף המדומה (SBF) 18,20,21. בשלב אחרון, הפיגום המצופה חשוף לחום טיפול ב 85 המעלות צלזיוס "ש (T> T טראנס)ich מוביל לפיגומי ציפוף. טיפול בחום צוין בעבר להיות חיוני לזיכרון צורת פיגום התנהגות, אולי בשל תחומים גבישי PCL ארגון מחדש של קרבה קרובה יותר 14.

אנחנו גם לתאר את השיטות כדי לאפיין את ההתנהגות הולמת העצמית בתוך פגם מודל לא סדיר, זיכרון צורת התנהגות במונחי בדיקות דחיסה מכאנית מחזוריות-תרמית בשליטת מתח (התאוששות צורה כלומר ולעצב את הקיבעון), נקבוביות מורפולוגיה, ובפעילות ביולוגית מבחנה. אסטרטגיות כדי להתאים את מאפייני פיגום גם מוצגות.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. סינתזת PCL-DA Macromer

  1. הפעל את תגובת acrylation.
    1. שוקל 20 גרם של PCL-דיאול (n = M ~ 10,000 g / mol) לבקבוק 250 מיליליטר עגול תחתון מצוידים בבר ומערבבים מגנטי מכוסה טפלון.
    2. ממיסים את PCL-דיאול בDCM.
      1. להוסיף 120 mLlof DCM לבקבוק (הריכוז = 0.17 גר '/ מיליליטר).
      2. מניחים מחץ גומי רופפת לצוואר של הבקבוק כדי למנוע הצטברות לחץ תוך מניעת אידוי של DCM.
      3. פתרון מערבבים ל~ 30 דקות ב ~ 250 סל"ד לפזר לגמרי הפולימר.
    3. להוסיף ~ 6.6 מ"ג של 4-dimethylaminopyridine (DMAP) לפתרון ולפזר עם ערבוב.
    4. מניחים מחץ גומי היטב לצוואר של הבקבוק. אפשר הפתרון להמשיך ערבוב.
    5. דרך מחיצת הגומי, בעדינות לטהר את הבקבוק עם N 2 ל~ 3 דקות באמצעות כניסה חיובית N 2 מחט לחץ ומחט פתוחהכמוצא.
    6. הסר את כניסת N 2 ושקע.
    7. להוסיף 0.56 מיליליטר (4.0 mmol) של triethylamine (Et 3 N) dropwise באמצעות מזרק זכוכית מצויד במחט המוחדרת דרך מחיצת הגומי.
    8. להוסיף 0.65 מיליליטר (8.0 mmol) של acryloyl dropwise כלוריד באמצעות מזרק זכוכית מצויד במחט המוחדרת דרך מחיצת הגומי.
    9. להחזיר את כניסת N 2 לבקבוק ולאפשר את התוכן לעורר תחת לחץ N 2 חיובי ל~ 30 דקות.
    10. טרום לחמם שמן אמבט עד 55 מעלות צלזיוס.
    11. לאחר ~ 30 דקות המוקצבות, להסיר את כניסת N 2 ולהחליף את המחיצה עם הקבל.
    12. להטביע את הבקבוק לתוך האמבטיה השמן המחוממת מראש.
    13. לאפשר תכולת הבקבוק לעורר במשך 20 שעות.
    14. אחרי 20 שעות שהוקצו, להסיר את הבקבוק מאמבטית השמן ולאפשר תוכן להתקרר לRT.
    15. באמצעות מאייד סיבובי, להסיר ממס DCM מהבקבוק.
  2. Purify מוצר PCL-DA הגולמי.
    1. לבקבוק, להוסיף ~ 135 מיליליטר של אתיל אצטט ולפזר את PCL-DA הגולמי.
    2. כוח משיכה לסנן את הפתרון באמצעות נייר סינון לתוך בקבוק עגול תחתון 250 מיליליטר נקי. (הערה: פתרון עשוי לעבות על נייר הסינון, לא בקלות עובר אם כן, תחול בזהירות חום קל עם אקדח חימום..)
    3. באמצעות מאייד סיבובי, להסיר אתיל אצטט ממס מהבקבוק.
    4. לבקבוק, להוסיף ~ 140 מיליליטר של DCM ולפזר את PCL-DA הגולמי.
    5. העבר את התוכן למשפך separatory 500 מיליליטר.
    6. למשפך, להוסיף 13.5 מיליליטר של 2 מ 'פחמה אשלגן (K 2 CO 3).
    7. מכסה את המשפך. לערבב בעדינות את שתי השכבות על ידי היפוך המשפך ומתערבל בעדינות פעם או פעמיים, דואג לשחרר לחץ באמצעות ברזלים. חזור 3 פעמים.
    8. החלף את הכובע בשכבה של Parafilm ולאפשר את התערובת להפריד O / N (~ 12 שעות).
    9. לאסוף את התחתית, אושכבת ganic לתוך בקבוק 250 מיליליטר Erlenmeyer.
    10. להוסיף ~ 5 גרם של מגנזיום סולפט נטול מים (MgSO 4) לבקבוק ועדינות מערבולת.
    11. כוח משיכה לסנן את התערובת דרך נייר סינון איכותי ולבקבוק 250 מיליליטר נקי עגול תחתון.
    12. באמצעות מאייד סיבובי, להסיר ממס DCM מהבקבוק.
    13. יבש תחת ואקום גבוה כדי להסיר DCM שייר. (הערה: PCL-DA יש לאחסן הרחק מאור.)
    14. לאשר acrylation עם 1 H NMR 22,23.

2. הכנת פיגום SMP (איור 1)

  1. הכן את תבנית מלח התמזגה.
    1. השתמש במסננת 425 מיקרומטר להשיג נתרן כלורי חלקיקים (NaCl) ~ 460 ± 70 מיקרומטר קוטר. (הערה: גודל חלקיקים ממוצע עשוי להיות מאושר ממיקרוסקופ אלקטרונים הסורק [SEM] תמונות עם תוכנת ImageJ.) 14
    2. לבקבוקון זכוכית 3 מיליליטר (ID = 12.9 מ"מ), להוסיף 1.8 גרם של NaCl הסתנן בעבר.
    3. לאט לאט להוסיף, בארבע מנות, 7.5% WT (המבוסס על משקל מלח) המים DI (ז 0.146) לבקבוקון. מערבבים עם מרית מתכת לאחר התוספת של כל מנה של מים.
    4. מכסה את הבקבוקון, לעטוף ברקמות ולמקם בצורה אנכית לתוך צינור צנטריפוגות. צנטריפוגה במשך 15 דקות ב3,220 x גרם.
    5. הסר את המכסה ולתת O האוויר יבש / N (~ 12 שעות).
  2. בבקבוקון זכוכית חדש, להכין "פתרון macromer" על ידי שילוב של 0.15 גרם של PCL-DA לכל מיליליטר של DCM. (הערה:. לפיגום אחד, ~ 1 מיליליטר של תמיסה צריך להיות מוכן) קאפ ומערבבים את הפתרון במהירות גבוהה במיקסר מערבולת ~ 1 דקות.
  3. בבקבוקון זכוכית 3 מיליליטר חדש, להכין "פתרון photoinitiator", המבוסס על 10% WT אצטופנון 2,2-dimethoxy-2-פניל (DMP) ב1-ויניל-2-pyrrolidinone (NVP). לשלב 0.115 גרם של DMP ב 1 מיליליטר של NVP. (הערה: פיגום אחד, ~ 180 μl נדרש.) קאפ, לעטוף ברדיד אלומיניום (כדי לחסום את האור) ומערבבים את הפתרון במהירות גבוהה במיקסר מערבולתל~ 1 דקות. (שים לב: אם הכין במתקדם, הפתרון צריך להיות בקירור ומוגן מפני אור.)
  4. עטוף את הבקבוקון המכיל את פתרון macromer (לא כולל הכובע) ברדיד אלומיניום (כדי לחסום את האור) ולהוסיף באמצעות פיפטה 15% כרך (המבוסס על נפח כולל של פתרון macromer) של פתרון photoinitiator. כובע ומערבבים את הפתרון במהירות גבוהה במיקסר מערבולת ~ 1 דקות.
  5. עטוף את הבקבוקון המכיל את תבנית מלח התמזגה (לא כולל הכובע) ברדיד אלומיניום (כדי לחסום את האור) ולהוסיף באמצעות פיפטה פתרון macromer / photoinitiator הכין בעבר (~ 0.6 מיליליטר או עד התבנית מכוסה לחלוטין).
  6. מכסה את הבקבוקון, לעטוף ברקמות ולמקם בצורה אנכית לתוך צינור צנטריפוגות. צנטריפוגה למשך 10 דקות ב 1,260 XG להפיץ את פתרון macromer לאורך התבנית.
  7. הסר את נייר האלומיניום, uncap הבקבוקון ולחשוף לאור UV (365 ננומטר, 25 W) במשך 3 דקות. O אוויר יבש / N.
  8. הסר "scaffol המכיל מלחד "מהבקבוקון עם פינצטה לאחר הבקיע והשבירה העליון של בקבוקון הזכוכית.
  9. בכוס 400 מיליליטר, להכין ~ 200 מיליליטר של מים / אתנול ממס (1: 1 כרך: כרך).
  10. לשמור על הפיגום השקוע במים / אתנול הממס במשך 4 ימים עם שינויי ממס יומיים.
  11. הסר את הפיגום מO / N הממס והאוויר יבש.

3. החלת Polydopamine ציפוי לSMP פיגום (איור 1)

  1. בכוס 400 מיליליטר מצויד בבר ומערבבים מכוסה טפלון, להכין ~ 200 מיליליטר של פתרון hydrochloride דופמין (2 מ"ג / מיליליטר ב 10 מ"מ טריס חיץ, pH = 8.5, 25 מעלות צלזיוס). מערבבים ב~ 150 סל"ד.
  2. הנח מחט חד פעמית (אורך = 40 מ"מ; מד = 20) לפיגום, ~ מחצית המרחק בפיגום. לעטוף תיל סביב רכזת המחט.
  3. להטביע את הפיגום (עם רכזת המחט מעל פני השטח הפתרון) לפתרון דופמין ערבוב על ידי עיגון החוט לשפת הכוס.
  4. דגה הפיגום על ידי הצבת מזרק לרכזת המחט ומשתמש בו כדי למשוך אוויר מהפיגום. (הערה: סילוק גזים הוא מלא כאשר אין יותר אוויר ניתן להסיר והפתרון יש שחדר הגרדום לחלוטין.)
  5. לשמור על הפיגום השקוע בפתרון דופמין ערבוב במשך 16 שעות.
  6. הסר את הפיגום מהפתרון ולהסיר את המחט. יש לשטוף במי DI ויבשים בתנור ואקום ב RT למשך 24 שעות.
  7. מניחים את הפיגום בתנור 85 מעלות צלזיוס במשך שעה 1.
  8. לאפשר הפיגום להתקרר לRT. הפיגום הגלילי הסופי יהיה ~ 6 קוטר מ"מ x ~ 5 מ"מ גובה.

התנהגות "עצמית הולם" 4. הערכה

  1. הכן "מודל סדיר CMF פגם" באמצעות יריעת פלסטיק הקשיח עוביו הוא ~ 5 מ"מ. השתמש בתרגיל כדי ליצור חלל בתוך יריעת הפלסטיק עם קוטר ממוצע מעט פחות מ ~ 6 מ"מ, כפי שמודגם באיור 2 א.
  2. בabתייקר, מים DI החום (המייצגים את השימוש הקליני של תמיסת מלח) לטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס ~.
  3. מניחים את הפיגום לתוך הכוס של ~ 60 מעלות צלזיוס מים. להשתמש בפינצטה כדי לדחוף את הפיגום מתחת לפני שטח המים, חושפת את כל האזורים למים. המשך ל~ 2 דקות או עד שהפיגום הוא התרכך במידה ניכרת (איור 2).
  4. הסר את הפיגום מהכוס והקש מייד (ביד) לפגם המודל.
  5. אפשר להתקרר לRT (~ 5-10 דקות) (איור 2 ג).
  6. מוציאים מהפגם להתבונן הצורה החדשה, קבועה זמנית והחזרת המצב יחסית יותר הנוקשה (איור 2 ד).

התנהגות זיכרון צורה 5. בדיקה

  1. באמצעות נתח דינמי מכאני (DMA; למשל ת"א מכשירי Q800 כבשימוש במסמך), להפעיל מבחן שליטת מתח מחזורי-תרמי מכאני דחיסה על פיגום מעל שני מחזורים (N) כדי לקבוע קביעות צורה (ו R) ולעצב התאוששות (r R) (איור 3).
    1. לאזן עד 60 ° C (גבוה T) במשך 5 דקות.
    2. לדחוס למתח מרבי (מ '= 50% ε) ב 50% / דקה.
    3. להחזיק במ 'ε (5 דקות).
    4. מגניב 25 ° C (T נמוך) ולשמור במשך 10 דקות כדי לתקן את הצורה הזמנית.
    5. הסר את העומס.
    6. מדוד את המתח האולטימטיבי במדינה ללא מתח (ε u).
    7. לחמם עד 60 ° C (T גבוה) ולשמור במשך 10 דקות כדי לשחזר את הצורה הקבועה.
    8. מדוד את המתח התאושש (עמ 'ε).
    9. אמנם עדיין על 60 מעלות צלזיוס (גבוהה T), להתחיל את מחזור nd 2 (N = 2) על ידי דחיסת הפיגום 50% מהגובה התאושש לאחר מחזור -1 (N = 1).
    10. חזור על 5.1.3-5.1.8 עבור N = 2.
    11. לחשב F R ו- R R עבור N = 1 ו -2 באמצעות המשוואות הבאות:
      ו R (N) = r R (N) = [מ ε - עמ 'ε (N)] [ε u / מ' ε (N)] / [מ ε - עמ 'ε (N -1)]

גודל 6. חזותי נקבובית וקישורי גומלין נקבוביות

  1. באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM; למשל פיי Quanta SEM כפי שלהלן), לקיים את הגודל הנקבובית ונקבוביים קישוריות.
    1. באמצעות פינצטה כדי להחזיק את פיגום SMP, לצלול בנוזל N 2 דקות 1.
    2. הסר מנוזל N 2 ושבר לאורך אמצע הפיגום בסכין גילוח נקי.
    3. באמצעות קלטת פחמן, להדביק אחד חצאים פיגום SMP על המדגםהבמה עם המשטח הסדוק פונה כלפי מעלה.
    4. גמגום מעיל עם Au-Pt (~ ננומטר 4).
    5. ללכוד את תמונת SEM במתח מאיץ מומלץ של 10-15 קילו וולט (איור 4 א).

7. בדיקה של פעילות ביולוגית במבחנה

  1. לתוך צינור צנטריפוגות 50 מיליליטר, להוסיף ~ 30 מיליליטר של 1X 24 SBF.
  2. להשיג פיגום בצורתו המקורית, cylindrically היצוקים הקבועה. חותך את הפיגום במחצית (מעבר לקצה העגול) באמצעות סכין נקי.
  3. מניחים מחצית פיגום בודדת לתוך צינור צנטריפוגות מוכן והכובע.
  4. לשמור על הצינור ב 37 מעלות צלזיוס באמבט מים בתנאים סטטיים ללא שינויי SBF.
  5. לאחר 14 ימים, להסיר את הפיגום מיבש SBF והאוויר במשך 24 שעות.
  6. באמצעות קלטת פחמן, להדביק הפיגום על הבמה המדגם עם המשטח הסדוק פונה כלפי מעלה.
  7. גמגום מעיל עם Au-Pt (~ ננומטר 4).
  8. ללכוד את תמונת SEM במחדששיבח מתח מאיץ של 10-15 קילו וולט (איור 4).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פיגום SMP מבוסס PCL וכתוצאה מכך הוא מסוגל לפגם CMF מודל ראוי עצמי (איור 2). לאחר חשיפה קצרה כדי לחמם מלוחה (~ 60 מעלות צלזיוס), הפיגום הגלילי מרכך מאפשר הפיגום שלחץ באופן ידני וללהרחיב בתוך פגם המודל. לאחר הקירור לRT, הפיגום קבוע לצורה הזמנית החדשה שלה, אשר נשמרת בעת ההסרה מהפגם.

זיכרון צורת ההתנהגות של פיגום SMP היא לכמת על ידי בדיקות דחיסת שליטת מתח מחזוריות-תרמית מכאניות במונחים של קיבעון צורה...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה מתאר את ההכנה של פיגום התנהגות הולמת עצמי שמצופה polydopamine, מבוסס PCL, כמו גם osteoinductivity ופעילות ביולוגית, הופך אותו לעניין בטיפול בפגמי עצם CMF לא סדירים. היבטים של הפרוטוקול עשויים להשתנות לשנות תכונות פיגום שונות.

הפרוטוקול מתחיל עם acrylation של PCL-דיאול להתיר תרופת UV. בדוגמא שדווחה, n M PCL-דיאול הוא ~ 10,000 g / mol. עם זאת, על ידי ההתאמה כראוי כמות acryloyl כלוריד וEt

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מודים טקסס A & M הנדסת האוניברסיטה ותחנת ניסוי (טיז) לתמיכה כספית של מחקר זה. נייל לינדזי בתודה מודה תמיכה מלואיס אוניברסיטת סטוקס הברית טקסס A & M להשתתפות מיעוט (LSAMP) והקרן הלאומית למדע (NSF) בוגר תכנית עמיתי מחקר (GRFP). דא-הווים ג'אנג הודות טקסס A & M אוניברסיטת מסה המלגה.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
פוליקפרולקטון-דיול (Mn ~ 10,000 גרם/מול)סיגמא-אולדריץ'440752
דיכלורומתאן (DCM)סיגמא-אולדריץ'D65100מיובש על מסננות מולקולריות 4A
4-דימתילאמינופירידין (DMAP)סיגמא-אולדריץ'D5640
טריאתילאמין (Et3N)סיגמא-אולדריץ'T0886
אקרילואיל כלורידסיגמא-אולדריץ'A24109
אתיל אצטטסיגמא-אולדריץ'319902
אשלגן פחמתי (K2CO3)סיגמא-אולדריץ209619
מגנזיום גופרתי נטול מים (MgSO4)פישרM65
נתרן כלורי (NaCl)סיגמא-אולדריץ'S9888
2,2-דימתוקסי-2-פניל אצטופנון (DMP)סיגמא-אולדריץ'196118
1-ויניל-2-פירולידינון (NVP)סיגמא-אולדריץ'V3409
אתנולסיגמא-אולדריץ'459844
דופמין הידרוכלורידסיגמא-אולדריץ'H8502
טריס בופר (2mol/L)פישרBP1759בשימוש בריכוז של 10 מ"מ, pH = 8.5
מסננתVWR47729-972
UV-Transilluminator (365 ננומטר, 25 W)UVP95-0426-02
צנטריפוגהEppendorf5810 R
מנתח מכני דינמי (DMA)TA InstrumentsQ800
ציפוי מקרטע ברזולוציה גבוההCressington208HR
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)FEIQuanta 600
'

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Neovius, E., Engstrand, T. Craniofacial reconstruction with bone and biomaterials: review over the last 11 years. J Plast Reconstr Aesthet Surg. 63, 1615-1623 (2010).
  2. Elsalanty, M. E., Genecov, D. G. Bone grafts in craniofacial surgery. Craniomaxillofac Trauma Reconstr. 2, 125-134 (2009).
  3. Hollister, S. J., et al. Engineering craniofacial scaffolds. Orthod Craniofacial Res. 8, 162-173 (2005).
  4. Albrektsson, T., Johansson, C. Osteoinduction, osteoconduction and osseointegration. Eur Spine J. 10, S96-S101 (2001).
  5. Blokhuis, T. J., Arts, J. J. C. Bioactive and osteoinductive bone graft substitutes: Definitions, facts and myths. Injury. 42, S26-S29 (1016).
  6. Zhang, D., et al. A bioactive “self-fitting” shape memory polymer scaffold with potential to treat cranio-maxillo facial bone defects. Acta Biomater. 10, 4597-4605 (2014).
  7. Lendlein, A., Kelch, S. Shape-memory polymers. Angew. Chem. Int. Ed. 41, 2034-2057 (2002).
  8. Hu, J., Zhu, Y., Huang, H., Lu, J. Recent advances in shape-memory polymers: Structure, mechanism, functionality, modeling and applications. Prog Polym Sci. 37, 1720-1763 (2012).
  9. Middleton, J. C., Tipton, A. J. Synthetic biodegradable polymers as orthopedic devices. Biomaterials. 21, 2335-2346 (2000).
  10. Sun, H., Mei, L., Song, C., Cui, X., Wang, P. The in vivo degradation, absorption and excretion of PCL-based implant. Biomaterials. 27, 1735-1740 (2006).
  11. Woodruff, M. A., Hutmacher, D. W. The return of a forgotten polymer-Polycaprolactone in the 21st century. Prog Polym Sci. 35, 1217-1256 (2010).
  12. Wang, S., Lu, L., Gruetzmacher, J. A., Currier, B. L., Yaszemski, M. J. Synthesis and characterizations of biodegradable and crosslinkable poly(ε-caprolactone fumarate), poly(ethylene glycol fumarate), and their amphiphilic copolymer. Biomaterials. 27, 832-841 (2006).
  13. Zhang, D., Petersen, K. M., Grunlan, M. A. Inorganic-organic shape memory polymer (SMP) foams with highly tunable properties. ACS Appl Mater Interfaces. 5, 186-191 (2012).
  14. Zhang, D., Burkes, W. L., Schoener, C. A., Grunlan, M. A. Porous inorganic-organic shape memory polymers. Polymer. 53, 2935-2941 (2012).
  15. Van der Stok, J., Van Lieshout, E. M., El-Massoudi, Y., Van Kralingen, G. H., Patka, P. Bone substitutes in the Netherlands-a systematic literature review. Acta Biomater. 7, 739-750 (2011).
  16. Lee, H., Dellatore, S. M., Miller, W. M., Messersmith, P. B. Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings. Science. 318, 426-430 (2007).
  17. Hong, S., et al. Non-covalent self-assembly and covalent polymerization co-contribute to polydopamine formation. Adv Funct Mater. 22, 4711-4717 (2012).
  18. Ryu, J., Ku, S. H., Lee, H., Park, C. B. Mussel-inspired polydopamine coating as a universal route to hydroxyapatite crystallization. Adv Funct Mater. 20, 2132-2139 (2010).
  19. Lee, Y. B., et al. Polydopamine-mediated immobilization of multiple bioactive molecules for the development of functional vascular graft materials. Biomaterials. 33, 8343-8352 (2012).
  20. Wu, C., Fan, W., Chang, J., Xiao, Y. Mussel-inspired porous SiO 2 scaffolds with improved mineralization and cytocompatibility for drug delivery and bone tissue engineering. J Mater Chem. 21, 18300-18307 (2011).
  21. Ku, S. H., Ryu, J., Hong, S. K., Lee, H., Park, C. B. General functionalization route for cell adhesion on non-wetting surfaces. Biomaterials. 31, 2535-2541 (2010).
  22. Schoener, C. A., Weyand, C. B., Murthy, R., Grunlan, M. A. Shape memory polymers with silicon-containing segments. J Mater Chem. 20, 1787-1793 (2010).
  23. Zhang, D., Giese, M. L., Prukop, S. L., Grunlan, M. A. Poly(ε-caprolactone)-based shape memory polymers with variable polydimethylsiloxane soft segment lengths. J Polym Sci Pol Chem. 49, 754-761 (2011).
  24. Kokubo, T., Takadama, H. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity. Biomaterials. 27, 2907-2915 (2006).
  25. Murphy, W. L., Dennis, R. G., Kileny, J. L., Mooney, D. J. Salt fusion: an approach to improve pore interconnectivity within tissue engineering scaffolds. Tissue Eng. 8, 43-52 (2002).
  26. Yang, Q., Chen, L., Shen, X., Tan, Z. Preparation of polycaprolactone tissue engineering scaffolds by improved solvent casting/particulate leaching method. J Macromol Sci Phys. 45, 1171-1181 (2006).
  27. Madbouly, S. A., Kratz, K., Klein, F., Lüzow, K., Lendlein, A. Thermomechanical behaviour of biodegradable shape-memory polymer foams. 2009 MRS Spring Meeting, 1190, Mater Res Soc Symp Proc. (2009).
  28. Luo, X., Mather, P. T. Preparation and characterization of shape memory elastomeric composites. Macromolecules. 42, 7251-7253 (2009).
  29. Lendlein, A., Schmidt, A. M., Langer, R. AB-polymer networks based on oligo(ɛ-caprolactone) segments showing shape-memory properties. Proc Natl Acad Sci. 98, 842-847 (2001).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Shape Memory PolymerSolvent Casting Particulate LeachingPolycaprolactone DiacrylatePolydopamine CoatingSelf fitting ScaffoldPore InterconnectivityScanning Electron MicroscopyHydroxyapatite FormationCranio maxillofacial DefectBioactive Scaffold

Related Articles