方法論記事

ポリカプロラクトン、エラスチン、コラーゲンを使用してネイティブ動脈アーキテクチャを模倣するためにトライレイヤーエレクトロスピニング：予備的研究

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DOI：

10.3791/2084

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2011年1月4日

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1Department of Biomedical Engineering, Virginia Commonwealth University, 2Department of Anatomy and Neurobiology, Virginia Commonwealth University, 3Department of Cardiovascular Surgery, University Hospital of Geneva

この記事について

サマリー

本研究の目的は、動脈壁のネイティブ三層アーキテクチャを模倣することでした。これを達成するために、エレクトロスピニングは3-1（入力 - 出力）ノズルを使用することで採用し、ポリカプロラクトン、エラスチン、コラーゲンのブレンドされた。

要約

ネイティブ動脈を通じて、コラーゲンとエラスチンは、機械的なバックボーンを提供する血管の破裂を防止し、拍動性変形下での回復を促進する、重要な役割を果たす。本研究の目的は、45-45-10のブレンド、55から35とエラスチンとコラーゲンの添加によりポリ（カプロラクトン）（PCL）で構成される多層エレクトロ導管を作製することによって、ネイティブ動脈の構造を模倣することでした - 10、65-25-10 PCL - ELAS - COL組織再生に資する維持しながら、ネイティブ動脈組織を示す機械的性質を実証する。全体の移植と個々の層は、一軸引張試験、動的コンプライアンス、縫合糸の保持、および破裂強度を用いて分析した。 11.8 MPaの - 一軸結果が2.0の平均弾性率の範囲を明らかにしながら2.8パーセント/ 100 mmHgの、 - コンプライアンスの結果は、内側/中間層への変更は、0.8に至るまで全体の移植片のコンプライアンス値を持つ全体的な移植片の動作を変更したことを明らかにした。係数とコンプライアンスデータの両方がネイティブ動脈の範囲内の値を表示します。数学的モデリングは、層の剛性の変化が全体の円周方向壁応力をどのように影響するかを示すために、そして設計支援として、材料の最高の機械的な組み合わせを実現するために実装されました。全体的に、結果は、移植片がレイヤーのプロパティを変更することにより、三層構造を模倣するように設計することができることを示した。

プロトコル

  1. エレクトロスピニングする前に、コラーゲンは、6ヶ月のウシ真皮から、酢酸ベースのプロセスを使用して抽出する必要があります。この抽出されたコラーゲンは、その後解散、沈殿、およびdialysisの複数形のそれに続く一連の精製される。一度コラーゲンを凍結乾燥され、エレクトロスピニングプロセスを開始できます。
  2. ポリカプロラクトン（PCL）、エラスチン（ELAS）、及びコラーゲン（COL）：3つの材料がたちこめている。これらの材料は別々にそれぞれ100 mg / mlの、200 mg / mlの、および70 mg / mlの濃度で1,1,1,3,3,3ヘキサフルオロ-2 - プロパノール（HFP、TCIアメリカ）に溶解されます。
  3. 材料は98-2-0 PCL - ELAS - COL（内膜）、45-45-10、55-35-10、および65-25-10 PCL - ELAS - COLの体積比が少なくとも5つの異なるシンチレーションバイアル中でブレンドされています（メディア）、および70-0-30 PCL - ELAS - COL（外膜）。
  4. バースト、縫合糸の保持、およびコンプライアンステストのための多層人工血管を3〜1構成からエレクトロスピニングされたまま一軸引張試験および個々の層のコンプライアンステストに、材料のそれぞれは、個別にエレクトロだった。一軸引張試験の足場が平坦で長方形であった（2.5 cm幅X 10.2 cm厚× 0.3 cmの長さ）個々の層と多層の移植をelectrospinするために使用される直径2mmの....

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ディスカッション

この研究の最も重要な部分は、エレクトロスピニングプロセスです。 3月1日入力 - 出力のノズルを使用する場合は、アーチ形のと電荷損失が発生する可能性があります。これが発生した場合、回転しているポリマーに関連付けられている電圧は溶接、"ウェット"繊維を引き起こすと三層のそれぞれの間の剥離を作成し減少します。したがって、一貫性の電位は、理想的な多層チューブを得るために不可欠です。

コンプライアンスの不一致は、小径のレベルでグラフト閉塞の主な原因の一つです。多層人工血管を開発するには、ネイティブ動脈の自然な生体力学と建築を模倣できるようなものに向かって調整する移植片の特性機能を提供しています。足場は細胞浸潤のための十分な細孔サイズに加えて、劣化を受ける一方、将来における多層血管移植片の進行の処理ステップとして、私たちの研究室はこのような層の剥離可能な限り制限を調査します。これをテストするには、in vitroでの劣化試験における無細胞と細胞の両方は、静的および動的な文化の下で実行されます。これらのテストは、渡り鳥足場の機能とどのよう.......

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開示事項

何人かの著者は、米国および本稿で提示に関する技術を保留中の国際特許を持っている、そしてこの技術は、器官形成、（株）にライセンス供与されている

謝辞

我々は、資金調達のために米国心臓協会中部大西洋のアフィリエイトを（0555407U、GLB）に感謝いたします。

....

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
ポリカプロラクトンSigma-Aldrich
エラスチンElastin Products Company
コラーゲン
酢酸Fisher Scientific
塩化ナトリウムFisher Scientific
TRISFisher Scientific
6 L Avanti J-HC 遠心機Beckman Coulter Inc.
1,1,1,3,3,3 ヘキサフルオロ-2-プロパノールTCI America
3 ml Becton Dickinson シリンジ
CZE1000R ラックマウント電源Spellman
高圧シリンジポンプCole-Parmer
1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドPierce, Thermo Scientific
70 % エタノールSigma-Aldrich
ImageTool 3.0 ソフトウェアUTHSCSA提供シェアウェア
走査型電子顕微鏡Carl Zeiss, Inc.
MTS Bionix 200 試験システムMTS Systems Corp.
TestWorks バージョン 4
Intelligent Tissue Engineering via Mechanical Stimulation (ITEMS) バイオリアクターTissue Growth Technologies

参考文献

  1. McClure, M. J., Sell, S. A., Barnes, C. P., Bowen, W. C., Bowlin, G. L. Cross-linking Electrospun Polydioxanone-Soluble Elastin Blends: Material Characterization. Journal of Engineered Fibers and Fabrics. 3, 1-10 (2008).
  2. Cardiovascular implants - Vascular graft protheses

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