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

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콜라겐 하이드로겔은 엔지니어링 조직의 개발을 용이하게 하는 네이티브 조직의 것과 유사한 생물학적으로 호환되는 3차원 구조의 역할을 합니다. 콜라겐, 이러한 젤의 주요 구성 요소, 결합 조직에서 발견 하는 세포 외 매트릭스 단백질. 그리고 주로 물로 구성된 3D 폴리머 네트워크인 하이드로겔을 제조하는 데 사용됩니다. 이 비디오는 콜라겐의 생리적 역할, 돼지 피부에서 콜라겐의 격리 및 처리 절차, 정제 된 단백질에서 하이드로 겔의 제조, 마지막으로 이러한 콜라겐 하이드로 겔의 사용을위한 몇 가지 응용 프로그램을 소개합니다.
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결합 조직의 세포 외 매트릭스 내에서 섬유 아세포라는 콜라겐 제조의 대부분에 대한 책임이 특정 세포가있다. 이 세포는 길고 뻣뻣한 폴리 펩티드 사슬을 합성합니다. 이는, 콜라겐 분자에게 불린 개별 적인 삼중 헬리칼 주문 한 폴리머로 조립됩니다. 그런 다음 콜라겐 분자는 더 두껍고 더 큰 피브릴로 번들로 묶여 있으며, 그 다음에는 더 큰 섬유로 번들되어 다양한 기계적 하중을 위한 세포외 매트릭스에 구조적 무결성을 제공합니다. 콜라겐의 다른 구성은 특정 조직의 기계적 요구에 따라 생성됩니다. 예를 들어, 뼈 조직은 기계적 하중을 견딜 수 있도록 매우 컴팩트한 강렬한 섬유 네트워크를 활용합니다. 그러나 장벽과 같은 다른 조직은 보다 분산된 구조를 사용합니다. 일단 결합 조직에서 추출되면 콜라겐 폴리머는 다양한 물질을 만드는 데 사용될 수 있다. 콜라겐은 친수성 중합체이기 때문에 흡수성이 높습니다. 따라서 최대 90%의 물을 보유하는 폴리머 네트워크인 하이드로겔을 형성할 수 있다. 이러한 폴리머 네트워크는 화학 적 크로스링커, 열 또는 UV 광과 같은 다양한 방법을 사용하여 개별 폴리머 체인을 교차 연결하여 형성됩니다. 교차 연결 정도는 하이드로겔의 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 따라서 이러한 재질을 광범위한 응용 분야에서 사용할 수 있도록 합니다. 콜라겐 하이드로겔의 원리가 설명되었으므로 콜라겐이 돼지 피부에서 추출되어 하이드로겔을 만드는 데 어떻게 사용되는지 살펴보겠습니다.
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진피 샘플에서 콜라겐의 처리를 시작하려면 먼저 차가운 증류수로 헹구고 양모, 모피 또는 제모용 탈모 크림을 사용합니다. 날카로운 면도날을 사용하여 결합 조직과 지방샘플을 깨끗하게 긁어 내고 얼음 차가운 물에 다시 한 번 헹구습니다. 그런 다음 피부 샘플을 센티미터 제곱 조각으로 슬라이스합니다. 콜라주누아용경축물질을 제거하기 위해 먼저 50밀리리터 원추형 튜브당 5그램의 진피 사각형을 계량한 다음, 각 샘플에 30밀리리터의 얼음 냉기 0.5 어금음 나트륨 아세테이트를 첨가합니다. 그런 다음 벤치 상단 균질화제에 튜브를 혼합합니다. 1 분 후 상체를 버리고 7 개의 세척 주기동안 더 많은 얼음 차가운 나트륨 아세테이트에 샘플을 다시 섞습니다. 마지막 세척 후, 얼음 차가운 증류수에 샘플을 헹구고, 잔류 나트륨 아세테이트를 제거하기 위해 한 번 더 섞는다. 그런 다음 튜브에 대한 샘플을 압축하여 여분의 액체를 제거하고 처리된 각 5그램 진피 샘플을 신선한 50 밀리리터 원내 튜브로 옮기습니다. 콜라겐을 추출하기 위해 샘플 1그램당 .075 어금음 나트륨 구연산 버퍼의 2밀리리터로 샘플을 두 번 세척한다. 수퍼네이츠를 버리고 각 세척이 이전에 입증 된 후 샘플을 압축하십시오. 두 번째 세척 후, 구연산 나트륨 버퍼의 신선한 알리쿼트를 추가한 다음 각 주기 사이의 버퍼를 제거하지 않고 6회 순차적 교반 주기를 수행합니다. 이제 수퍼네티를 개별 수집 튜브로 옮기고 최종 교반 주기를 수행하기 전에 샘플 그램당 .075 굴어 나트륨 구연산 버퍼의 1밀리리터를 추가합니다. 다음으로, 원심 필터 장치에서 상체를 다시 원심분리하여 추출된 콜라겐을 정화합니다. 마지막으로, 정제 된 콜라주를 섭씨 4도에 보관하십시오.
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이제 콜라겐이 정제되었으므로 콜라겐 하이드로겔을 조작하고 세포로 채워 엔지니어링 조직 구조를 형성할 수 있습니다. 시작하려면 정결된 진피 콜라겐을 원물 튜브에 완전히 섞습니다. 그런 다음 콜라겐 용액에 즉시 세포를 추가하고 얼음 위에 놓습니다. 얼음 냉단 혼합물을 멸균, 비조직 배양 처리, 표면으로 피펫하여 콜라겐 겔 외부세포의 부착 및 성장을 최소화한다. 파이펫 팁을 사용하여 솔루션을 균등하게 분산시다. 젤이 실온에서 약 10-15분 동안 중합되도록 허용합니다. 다음으로, 젤을 덮고 중합을 완료하기 위해 추가 60 분 동안 섭씨 37도 인큐베이터로 이동합니다. 중합시 겔은 불투명하게 변합니다. 일단 중합되면 2~3밀리리터의 미디어를 추가합니다. 그런 다음 채워진 하이드로겔은 조직 배양 연구에서 사용할 준비가 되어 있습니다.
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이제 콜라겐 하이드로겔을 구성하는 방법을 배웠으니 이러한 재료의 실용적인 응용 을 살펴보겠습니다. 콜라겐 하이드로겔은 여기에 표시된 바와 같이 토착 조직을 모방하는 데 자주 사용됩니다. 그러나, 콜라겐 섬유 조직의 변화는 자연 조직에서 발생할 수 있다. 정렬된 구조가 생성됩니다. 따라서 엔지니어링된 콜라겐 행렬은 임의 또는 정렬된 구성으로 구성될 수 있습니다. 콜라겐 하이드로겔은 인공 조직의 발달을 위한 조직 발판으로 자주 사용됩니다. 세포가 거주할 수 있도록 맞춤형 3차원 구조를 제공함으로써 콜라겐 매트릭스는 이후 실제 조직의 구조와 기능을 모방하도록 재구성됩니다. 예를 들어, 스캐폴드는 골 형성을 담당하는 세포인 골세포로 앉을 수 있으며, 매트릭스를 재구성하여 토착 뼈 조직의 구조와 기능과 더 가깝게 유사하게 재구성할 수 있다.
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당신은 콜라겐 하이드로겔에 조브의 소개를 보았다. 이제 콜라겐 구조, 고립된 방법, 생물 공학 분야의 다양한 응용 분야 외에도 콜라겐 하이드로겔의 제조를 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!
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콜라겐 히드로겔

Collagen Hydrogels

콜라겐은 사진과 같은 상업적 응용 분야에서 인기를 발견한 또 다른 널리 사용되는 생체 재료입니다. 콜라겐은 최근에 조직 공학 응용 분야에서 사용되어 왔으며, 엔지니어링 조직에 구조를 제공하는 하이드로겔을 만들었습니다.
이 비디오는 콜라겐을 생물 재료로 소개하고, 돼지 피부에서 수확하는 방법을 보여주며, 조직이 조직 공학 응용 프로그램을 위한 하이드로겔을 만드는 데 어떻게 사용되는지 보여줍니다. 마지막으로, 재료및 이러한 기술의 여러 응용 프로그램이 표시됩니다.

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

콜라겐 하이드로겔은 천연 조직과 유사한 생물학적으로 호환되는 3차원 구조로 작용하여 조작된 조직의 발달을 촉진합니다. 이 젤의 주성분인 콜라겐은 결합 조직에서 발견되는 세포 외 기질 단백질입니다. 그리고 주로 물로 구성된 3D 폴리머 네트워크인 하이드로겔을 제조하는 데 사용됩니다. 이 비디오는 콜라겐의 생리학적 역할, 돼지 피부에서 콜라겐을 분리 및 처리하는 절차, 정제된 단백질에서 하이드로겔 제조, 마지막으로 이러한 콜라겐 하이드로겔 사용을 위한 몇 가지 응용 프로그램을 소개합니다. 결합 조직의 세포외 기질(extracellular matrix)에는 섬유아세포(fibroblast)라고 하는 콜라겐 생성의 대부분을 담당하는 특정 세포가 있습니다. 이 세포는 길고 뻣뻣한 폴리펩티드 사슬을 합성합니다. 이는 콜라겐 분자라고 하는 개별 삼중 나선 정렬 중합체로 조립됩니다. 그런 다음 콜라겐 분자는 더 두껍고 더 큰 원섬유로 더 뭉쳐지고, 이 섬유는 더 큰 섬유로 더 뭉쳐서 세포외 기질이 경험할 수 있는 다양한 기계적 부하에 대해 구조적 무결성을 제공합니다. 콜라겐의 다양한 구성은 특정 조직의 기계적 필요에 따라 생산됩니다. 예를 들어, 뼈 조직은 기계적 하중을 견디기 위해 매우 조밀하고 강렬한 섬유 네트워크를 사용합니다. 그러나 장벽과 같은 다른 조직은 더 분산된 구조를 사용합니다. 결합 조직에서 추출한 콜라겐 폴리머는 다양한 재료를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 콜라겐은 친수성 폴리머이기 때문에 흡수율이 높습니다. 따라서 최대 90%의 물을 보유하는 폴리머 네트워크인 하이드로겔을 형성할 수 있습니다. 이러한 고분자 네트워크는 화학적 가교제, 열 또는 자외선과 같은 다양한 방법을 사용하여 개별 고분자 사슬을 가교하여 형성됩니다. 가교의 정도는 하이드로겔의 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 따라서 이러한 재료를 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다. 콜라겐 하이드로겔의 원리에 대해 설명했으니, 돼지 껍질에서 콜라겐을 추출하여 하이드로겔을 만드는 방법에 대해 알아보겠습니다. 피부 샘플에서 콜라겐 처리를 시작하려면 먼저 얼음처럼 차가운 증류수로 콜라겐을 헹군 다음 양모, 털 또는 제모를 위한 제모 크림을 사용하십시오. 단면 면도날을 사용하여 결합 조직과 지방을 깨끗이 닦아내고 얼음물로 한 번 더 헹굽니다. 그런 다음 피부 샘플을 센티미터 제곱 조각으로 자릅니다. 콜라겐이 아닌 용해성 물질을 제거하려면 먼저 50ml 원추형 튜브당 5g의 피부 사각형의 무게를 측정한 다음 각 샘플에 30ml의 얼음처럼 차가운 0.5몰 아세트산나트륨을 추가합니다. 그런 다음 벤치 탑 균질화기에 튜브를 혼합합니다. 1분 후 상등액을 버리고 샘플을 얼음처럼 차가운 아세트산나트륨에 다시 혼합하여 총 7번의 세척 과정을 반복합니다. 마지막 세척 후 샘플을 얼음처럼 차가운 증류수로 헹구고 한 번 더 혼합하여 잔류 아세트산나트륨을 제거합니다. 그런 다음 샘플을튜브에 대고 압축하여 여분의 액체를 제거하고 처리 된 각 5g 피부 샘플을 새로운 50 밀리리터 원추형 튜브로 옮깁니다. 콜라겐을 추출하려면 샘플 그램당 2ml의 .075 몰 구연산 나트륨 버퍼로 샘플을 두 번 세척합니다. 상층액을 버리고 각 세척 후 샘플을 압축하는 것이 이전에 입증되었습니다. 두 번째 세척 후 시트르산 나트륨 완충액의 새로운 분취액을 추가한 다음 각 주기 사이에 완충액을 제거하지 않고 6번의 순차적 교반 주기를 수행합니다. 이제 상층액을 개별 수집 튜브로 옮기고 최종 교반 주기를 수행하기 전에 샘플 그램당 1ml의 .075 몰 구연산 나트륨 버퍼를 추가합니다. 다음으로, 추출된 콜라겐을 정제하기 위해 원심 필터 장치에서 상층액을 다시 원심분리한다. 마지막으로 정제된 콜라주를 섭씨 4도에서 보관하십시오. 이제 콜라겐이 정제되었으므로 콜라겐 하이드로겔을 제작하고 세포로 채워 공학적 조직 구조를 형성할 수 있습니다. 먼저 정제된 피부 콜라겐을 원뿔형 튜브에 완전히 혼합합니다. 그런 다음 세포를 콜라겐 용액에 즉시 첨가하고 얼음 위에 놓습니다. 얼음처럼 차가운 혼합물을 무균, 비 조직 배양 처리 된 표면으로 피펫으로 피펫하여 콜라겐 젤 외부의 세포의 부착 및 성장을 최소화합니다. 피펫 팁을 사용하여 용액을 고르게 펴십시오. 겔이 실온에서 약 10-15분 동안 중합되도록 합니다. 다음으로, 겔을 덮고 섭씨 37도의 인큐베이터로 옮겨 추가로 60분 동안 중합을 마칩니다. 중합 시 겔은 불투명하게 변합니다. 중합이 완료되면 2-3 밀리리터의 매체를 첨가하십시오. 그런 다음 채워진 하이드로겔은 조직 배양 연구에 사용할 준비가 됩니다. 이제 콜라겐 하이드로겔을 구성하는 방법을 배웠으므로 이러한 재료의 몇 가지 실용적인 응용 프로그램을 살펴보겠습니다. 콜라겐 하이드로겔은 여기에서 볼 수 있듯이 천연 조직을 모방하는 데 자주 사용됩니다. 그러나 콜라겐 섬유 조직의 변화는 자연 조직에서 발생할 수 있습니다. 그 결과 정렬된 구조가 생성됩니다. 결과적으로, 엔지니어링된 콜라겐 매트릭스는 무작위 또는 정렬된 구성으로 구성될 수 있습니다. 콜라겐 하이드로겔은 인공 조직의 발달을 위한 조직 골격으로 자주 사용됩니다. 세포가 거주할 수 있는 맞춤형 3차원 구조를 제공함으로써 콜라겐 매트릭스는 이후 실제 조직의 구조와 기능을 모방하도록 재구성됩니다. 예를 들어, 골격에는 뼈 형성을 담당하는 세포인 조골세포(osteoblast)가 배치되어 기질을 재조직하여 원래 뼈 조직의 구조와 기능과 더 유사할 수 있습니다. 여러분은 방금 Jove의 콜라겐 하이드로겔에 대한 소개를 시청했습니다. 이제 콜라겐 구조, 콜라겐 분리 방법, 콜라겐 하이드로겔의 제조에 대해 이해하고 생명 공학 분야의 다양한 응용 분야를 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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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

이 컬렉션은 생체재료, 조직 형태 및 전체 장기 조직 배양, 바이오프로세싱 기술 및 복잡한 시스템 수준의 bioMEM 및 바이오센싱 분야의 생산을 포함하는 핵심적인 생명공학의 개념을 다룹니다.

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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