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">コラーゲン ゲルは、生物学的互換性のある 3 次元構造、設計されたティッシュの開発を容易にするネイティブの組織のようなとして動作します。これらのゲルの主成分のコラーゲンは、結合組織の細胞外マトリックス蛋白です。3 D ポリマー ネットワークの水から主に成っている、ゲルを作製するために使用し、。このビデオは、豚皮、浄化された蛋白質との使用のためこれらのコラーゲンのゲルの最終的にいくつかのアプリケーションからゲルの作製からコラーゲン、分離のプロシージャの生理的役割とコラーゲンの処理を紹介します。</div><div class="chapter_text" id="script_1">結合組織の細胞外マトリックス内で特定のセルは、線維芽細胞と呼ばれるコラーゲン製造の大半を担当。これら細胞合成長い、硬い、ポリペプチド鎖。これはコラーゲン分子と呼ばれる個々 のトリプル ヘリカル順序のポリマーにまとめます。コラーゲン分子は、太く、大きい線維にさらにバンドルされています。それが発生する可能性があります様々 な機械的負荷の細胞外のマトリックスの構造完全性を提供するためにより大きい繊維にし、さらにまとめられます。コラーゲンの構成は、特定のティッシュの機械のニーズに合わせて生産されています。骨組織は、例えば、機械的負荷に耐えるために繊維の非常に小型の強烈なネットワークを利用しています。しかし、腸の壁のような他の組織より分散した構造を使用します。結合組織から抽出されるコラーゲン高分子は様々 な材料を作成する使用できます。コラーゲンは親水性高分子高吸水性です。したがって、それは 90% の水に保持しポリマー ネットワークであるハイドロゲルを形成できます。これらの高分子ネットワークは、さまざまな方法を使用して架橋個々 のポリマー鎖によって形成されます。など、化学塗料の硬化剤、熱や UV 光。架橋性ヒドロゲルの物性に影響を与えます。したがって、アプリケーションの広い範囲で使用されるこれらの材料を有効にします。今ではコラーゲンのゲルの原理が説明されているコラーゲンは、豚皮から抽出したし、ハイドロゲルを作成するために使用方法を見てをみましょう。</div><div class="chapter_text" id="script_2">皮膚のサンプルからコラーゲンの処理を開始するには、最初の氷冷蒸留水ですすぎし、ウール、毛皮、または脱毛に脱毛クリームを使用します。シングル エッジかみそりの刃を使用すると、結合組織や脂肪のきれいなサンプルをこすり、もう一度氷の冷たい水ですすいでください。その後、乗センチメートル部分に皮のサンプルをスライスします。非コラーゲン性, 可溶化素材を削除するには、最初の 50 ミリリットル円錐管あたり皮膚正方形の 5 グラムを重量を量るし、各サンプルに氷冷 0.5 モルのナトリウムのアセテートの 30 ミリリットルを追加します。ベンチ トップ ホモジナイザのチューブを混ぜます。1 分後、上澄みを廃棄し、7 つの洗浄サイクルの合計より多くの氷冷たいナトリウムのアセテートの再度サンプルをミックスします。最後の洗浄後、氷冷蒸留水のサンプルをすすいで残留ナトリウムのアセテートを削除する 1 つのより多くの時間をミックスします。その後、余分な液体を削除し、各加工 5 グラム皮膚サンプルを新鮮な 50 ミリリットルの円錐管に転送チューブに対してサンプルを圧縮します。抽出するには、コラーゲンはサンプルの 1 グラムあたり.075 モル ナトリウム クエン酸バッファーの 2 ミリリットルに二度サンプルを洗います。培養上清を破棄し、洗うたび、以前示した後サンプルを圧縮します。第 2 洗浄後ナトリウム クエン酸バッファーの新しい因数を追加し、各サイクル間のバッファーを削除せず 6 連続攪拌サイクルを実行します。今、個々 のコレクションの管に培養上清を転送し、最終的な撹拌サイクルを実行する前にサンプルの 1 グラムあたり.075 モル ナトリウム クエン酸バッファーの追加一ミリリットルを追加します。次に、抽出したコラーゲンを浄化する遠心ろ過デバイスに再び上清を遠心分離機します。最後に、摂氏 4 度精製したコラージュを保存します。</div><div class="chapter_text" id="script_3">今ではコラーゲンが精製されて、コラーゲン ゲルを作製し、設計された組織構造を形成するセルを設定することができます。まず、円錐管の浄化された真皮コラーゲンを徹底的に混ぜます。コラーゲン溶液に直接のセルを追加し、氷の上に置きます。ピペットの氷の培養生殖不能、非組織に冷たい混合物処理、添付ファイルとコラーゲン ・ ゲルの外部のセルの成長を最小限に抑えること。ピペット チップを使用して、ソリューションを均等に配分します。約 10 〜 15 分の室温で重合するゲルを許可します。次に、ゲルをカバーし、重合を完了する追加の 60 分の 37 ° c のインキュベーターに移動します。重合時にゲルは不透明になります。重合、一度メディアの 2 ~ 3 ミリリットルを追加します。人口ハイドロゲルは組織培養研究で使用する準備ができています。</div><div class="chapter_text" id="script_4">コラーゲン ゲルを作成する方法を学びましたが、今では、これらの材料のいくつかの実用的なアプリケーションを見てみましょう。コラーゲン ゲルは、ここで示すように、ネイティブの組織を模倣する多くの場合使用されます。ただし、コラーゲン繊維組織の変化は自然な組織に発生します。整列構造に終って。その結果、ランダムまたは一直線に並べられた構成で設計されたコラーゲン マトリックスを構築できます。コラーゲン ゲルは、人工組織の発展のため組織の足場として使われます。生息するセルのカスタマイズされた 3次元構造により、コラーゲン マトリックスはその後構造と実質組織の機能を模倣する再編成します。たとえば、足場は骨芽細胞と座ることができます、ネイティブの骨の機能と構造、細胞骨形成、密接により行列を再編成するための責任が似ています。</div><div class="chapter_text" id="script_5">コラーゲン ゲルのゼウスの概要を見てきただけ。今、コラーゲン構造、どのようにそれが分離、バイオ エンジニア リングの分野でさまざまなアプリケーションに加えてコラーゲン ゲルの作製を理解する必要があります。見てくれてありがとう!</div>

コラーゲン ゲル

Collagen Hydrogels

コラーゲンは、写真などの商用アプリケーションの人気を発見したもう一つの広く使われている生体材料です。 コラーゲンは、組織工学エンジニア リング組織に構造を提供するゲルを作成することでアプリケーションでもっと最近使用されています。
このビデオは、生体としてのコラーゲンを紹介、豚皮から収穫される方法を示し、組織工学的応用のゲルを作成する材料を使用する方法を示します。 最後に、材料およびこれらの技術のいくつかのアプリケーションが表示されます。

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

コラーゲンハイドロゲルは、天然組織と同様に生物学的に適合する三次元構造として機能し、人工組織の発達を促進します。これらのゲルの主成分であるコラーゲンは、結合組織に存在する細胞外マトリックスタンパク質です。また、主に水で構成される3Dポリマーネットワークであるハイドロゲルの製造に使用されます。このビデオでは、コラーゲンの生理学的役割、豚の皮膚からのコラーゲンの単離と処理の手順、精製されたタンパク質からのハイドロゲルの製造、そして最後にこれらのコラーゲンハイドロゲルの使用に関するいくつかのアプリケーションを紹介します。結合組織の細胞外マトリックス内には、線維芽細胞と呼ばれるコラーゲン製造の大部分を担う特定の細胞があります。これらの細胞は、長くて硬いポリペプチド鎖を合成します。これは、コラーゲン分子と呼ばれる個々の三重らせん状の秩序立体に組み立てられます。次に、コラーゲン分子はさらに太く大きなフィブリルに束ねられ、さらに大きな繊維に束ねられることで、細胞外マトリックスが受ける可能性のあるさまざまな機械的負荷に対して構造的完全性がもたらされます。コラーゲンの異なる構成は、特定の組織の機械的ニーズに応じて生成されます。例えば、骨組織は、機械的負荷に耐えるために、非常にコンパクトで高強度の繊維ネットワークを利用しています。ただし、腸壁などの他の組織は、より分散した構造を使用しています。結合組織から抽出されたコラーゲンポリマーは、さまざまな材料を作成するために使用できます。コラーゲンは親水性ポリマーであるため、吸収性が高いです。したがって、最大90%の水を保持するポリマーネットワークであるヒドロゲルを形成することができます。これらのポリマーネットワークは、化学架橋剤、熱、UV光などのさまざまな方法を使用して個々のポリマー鎖を架橋することによって形成されます。架橋の程度は、ハイドロゲルの機械的特性に影響を与えます。したがって、これらの材料を幅広い用途に使用できます。コラーゲンハイドロゲルの原理を解説してきたところで、次はブタの皮からコラーゲンを抽出し、ハイドロゲルを作るためにどのように使われているのかを見ていきましょう。真皮サンプルからコラーゲンの処理を開始するには、まず氷冷蒸留水ですすぎ、次にウール、毛皮、または脱毛用の脱毛クリームを使用します。片刃のカミソリの刃を使用して、結合組織と脂肪をサンプルからこすり落とし、氷冷水でもう一度すすぎます。次に、皮膚サンプルをセンチメートル四方にスライスします。非コラーゲン可溶化材料を除去するには、まず50ミリリットルの円錐管あたり5グラムの真皮正方形を計量し、次に各サンプルに30ミリリットルの氷冷した0.5モル酢酸ナトリウムを追加します。次に、ベンチトップホモジナイザーでチューブを混合します。1分後、上清を捨て、サンプルをさらに氷冷した酢酸ナトリウムに再度混合して、合計7回の洗浄サイクルを行います。最後の洗浄後、サンプルを氷冷蒸留水ですすぎ、もう一度混合して残留酢酸ナトリウムを除去します。次に、サンプルをチューブに対して圧縮して余分な液体を取り除き、処理された各5グラムの皮膚サンプルを新鮮な50ミリリットルの円錐形チューブに移します。コラーゲンを抽出するには、サンプル1グラムあたり2ミリリットルの.075モルクエン酸ナトリウム緩衝液でサンプルを2回洗浄します。上清を捨て、各洗浄が以前に示した後にサンプルを圧縮します。2回目の洗浄後、クエン酸ナトリウムバッファーの新鮮なアリコートを追加し、各サイクルの間にバッファーを取り外すことなく、6回の連続した攪拌サイクルを実行します。次に、上清を個々の収集チューブに移し、サンプル1グラムあたり.075モルクエン酸ナトリウム緩衝液を追加で1ミリリットル追加してから、最終的な攪拌サイクルを実行します。次に、上清を再び遠心濾過装置で遠心分離し、抽出したコラーゲンを精製します。最後に、精製したコラージュを摂氏4度で保存します。コラーゲンが精製されたので、コラーゲンハイドロゲルを作製し、細胞を充填して、人工組織コンストラクトを形成することができます。まず、精製した真皮コラーゲンを円錐形のチューブで完全に混合します。次に、細胞をすぐにコラーゲン溶液に加え、氷の上に置きます。氷冷した混合物を無菌の非組織培養処理済み表面にピペットで移し、コラーゲンゲル外の細胞の付着と増殖を最小限に抑えます。ピペットチップを使用して、溶液を均等に広げます。ゲルを室温で約10〜15分間重合させます。次に、ゲルを覆い、摂氏37度のインキュベーターにさらに60分間移動して重合を終了します。重合すると、ゲルは不透明になります。重合したら、2〜3ミリリットルの培地を追加します。その後、充填されたハイドロゲルは、組織培養研究に使用する準備が整います。コラーゲンハイドロゲルの作り方を学んだところで、次はこれらの材料の実用化について見ていきましょう。コラーゲンハイドロゲルは、ここに示すように、天然組織を模倣するためによく使用されます。しかし、コラーゲン繊維の組織化に変化が生じることがあります。その結果、構造が整列します。その結果、改変されたコラーゲンマトリックスは、ランダムまたは整列した構成で構築することができます。コラーゲンハイドロゲルは、人工組織の開発のための組織足場としてよく使用されます。細胞が生息するためのカスタマイズされた3次元構造を提供することにより、コラーゲンマトリックスはその後、実際の組織の構造と機能を模倣するように再編成されます。例えば、骨形成を担う細胞である骨芽細胞を足場に装着することで、マトリックスを天然の骨組織の構造と機能により近づけるように再編成することができます。Joveのコラーゲンハイドロゲルの紹介をご覧になりました。これで、コラーゲンの構造、その単離方法、コラーゲンハイドロゲルの作製、およびバイオエンジニアリング分野でのさまざまな応用について理解できたと思います。ご覧いただきありがとうございます!

Education

JoVE Science Education

Engineering

工学

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生物工学）

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...

synthetic biology

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

このコレクションは生物工学の中核概念をカバーしており、生体材料の生産、組織特異的および全臓器の組織培養、バイオプロセシング技術、バイオMEMSとバイオセンシングの複雑なシステムレベルの分野を含みます。

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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