Tri-gelaagde Electrospinning Native Arteriële Architectuur met behulp van polycaprolacton, Elastine en Collageen Mimic: Een voorbereidende studie

Het algemene doel van het volgende experiment is om te observeren hoe veranderingen in de materiaaleigenschappen van verschillende lagen de totale mechanische eigenschappen van het transplantaat kunnen beïnvloeden. Dit wordt bereikt door natuurlijke en synthetische polymeeroplossingen te bereiden om optimale parameters voor electrospinning te verkrijgen. In een tweede stap moeten de oplossingen in specifieke verhoudingen worden gecombineerd, wat de gewenste verandering in materiaaleigenschappen zal bewerkstelligen.

Electrospin vervolgens de oplossingen op een cilindrische mal om een meerlaagse structuur met variërende mechanische eigenschappen te creëren. De verkregen resultaten tonen veranderingen in de mechanische eigenschappen aan op basis van compliantie, scheursterkte, hechtingretentie, eenaxiale trekproeven en wiskundige analyse. Hallo, mijn naam is Michael McClure.

Vandaag zal ik u vertellen over de drielaagse elektrogasgesponnen VA-grafts. Een van de belangrijkste voordelen van onze techniek ten opzichte van andere technieken, zoals enkelvoudige vasculaire grafts, is ons vermogen om de materiaaleigenschappen binnen individuele lagen nauwkeurig af te stemmen, waardoor we de algemene materiaaleigenschappen kunnen beïnvloeden. Extraheer voorafgaand aan het elektrospinnen collageen uit zes maanden oud rundercorium met behulp van een proces op basis van azijnzuur. Dit geëxtraheerde collageen wordt vervolgens gezuiverd via een reeks opeenvolgende oplossingen, precipitaties en dialyses. Verzamel ten minste 500 mg gelyofiliseerd collageen voor de elektrospinningprocedure.

Bereid vervolgens in een scintillatiebuisje van 20 milliliter een polycaprolactonoplossing van 100 milligram per milliliter door 150 milligram monomeerpellets af te wegen en op te lossen in 50 milliliter 1 1 1 3 3 3 hexafluorpropaan-2-ol. Bereid met dezelfde procedure zeven milliliter elastine van 200 milligram per milliliter en zeven milliliter collageen van 200 milligram per milliliter. Gebruik daarna vijf scintillatiebuisjes en combineer in elk buisje in totaal vijf milliliter van de PCL-, elastine- en collageenoplossingen in de volgende volumeverhoudingen: 98:2:0 PCL:elastine:collageen ter representatie van de arteriële intima; 45:45:10, 55:35:10 en 65:25:10 PCL:elastine:collageen ter representatie van de arteriële media; en 70:0:30 PCL:elastine:collageen voor de arteriële adventitia.

Laad nu drie milliliter van de oplossing op een spuitpomp met behulp van een stompe naald van 18 gauge met een inhoud van drie milliliter. Voor de individuele materiaaleigenschappen van elke PCL-elastine-collageenoplossing wordt de doseersnelheid ingesteld op vier milliliter per uur voor een totaal volume van drie milliliter.

Deze oplossingen worden via electrospinning op een rechthoekige mandrel aangebracht om meerlaagse grafts te ontwerpen met PCL-elastine-collageen polymeeroplossingen. De electrospinning-snelheid varieert afhankelijk van de transitie en de laag die wordt gesponnen; voor de polymeeroplossingen van de intima geldt een snelheid van vier milliliters per uur en een volume van 0,5 milliliters, gevolgd door een transitie waarbij beide intimale en mediale spuiten worden gecombineerd met een volume van 0,2 milliliters en een electrospinning-snelheid van twee milliliters per uur per spuit. Zet vervolgens de intimale spuit uit en voer de electrospinning voor de mediale laag uit voor 0,6 milliliters bij vier milliliters per uur.

Volg dit met een overgang tussen de spuiten voor het medium en de adventitia van 0,2 milliliter polymeeroplossing bij elk twee milliliter per uur. Zet vervolgens de spuit voor het medium uit en ga door met het elektrospinnen van de adventitia voor 0,4 milliliter bij vier milliliter per uur. Gebruik na het elektrospinnen 50 millimolair EDC op elk monster en laat dit 18 uur crosslinken voordat u verder gaat met de testen.

Om de uni-axiale trekparameters van elektrogesponnen materialen te testen, wordt het elektrogesponnen vel eerst 24 uur gehydrateerd in 15 milliliters 1× PBS in een Petrischaal. Stans vervolgens met een dog bone-stans, met een gauge length van 7,5 millimeters en een breedte van 2,5 millimeter op het smalste punt, zes monsters uit de elektrogesponnen mat. Deze vorm zorgt ervoor dat het materiaal faalt op het smalste punt.

Test vervolgens de BUN-monsters van de elektroden met een MTS Bionics 200 testsysteem, een krachtsensor van 100 N en een rekscenario van 10 millimeter per minuut. Gebruik de testsoftware om de maximale spanning, de modulus en de rek bij breuk voor elk individueel materiaalproduct te berekenen. Voor het testen van de hechting van de hechtingen bij meerlaagse grafts worden zes verschillende tubulaire specimens van elektro-spons verzameld met een diameter van twee millimeter en een lengte van drie millimeter; week deze specimens 24 uur lang in een petrischaal met 1× PBS in een incubator bij 37 °C.

Gebruik vervolgens een krachtmetingcel van 50 N en een verlengingssnelheid van 150 millimeters per minuut. Om de hechtingstevredenheid met het MTX bionic 200-systeem te testen, plaatst u een commerciële 5-0 PDS II violet monofilament hechting.

Hecht twee millimeter vanaf het uiteinde van het monster, gebruik hiervoor een schuifmaat om te meten, en rek uit tot de hechting door het transplantaat trekt; registreer de maximale belasting in gram-kracht met TestWorks versie 4. Om de barststerkte van electrogesponnen transplantaten te testen, verzamel nog eens zes verschillende electrogesponnen tubulaire monsters met een diameter van twee millimeter en een lengte van twee tot drie centimeter, en hydrateer deze gedurende 24 uur in PBS bij 37 °C. Pas na hydratatie de buis aan op een tuitje met een diameter van 1,5 millimeter dat aan het apparaat is bevestigd en zet dit vast met een 2-0 zijden hechting door een chirurgische knoop rond het uiteinde van het transplantaat en het tuitje te leggen; voer vervolgens lucht in het barst-systeem in en verhoog de druk met een snelheid van 5 mmHg per seconde totdat de buizen barsten.

Verzamel gegevens over de barststerkte als de druk in millimeters kwik waarbij de buizen scheuren. Evalueer tot slot de dynamische compliantie door zes tubulaire grafts met een diameter van twee millimeter te verkrijgen, afkomstig van zes verschillende elektrogesponnen grafts en afgesneden op een lengte van drie centimeter. Hydrateer de monsters gedurende 24 uur in PBS.

Bij 37 °C. Bevestig de grafts over een op maat gemaakte tepel van 1,5 millimeter diameter en zet deze vast met een 2-0 zijden hechtdraad door een chirurgische knoop te leggen. Plaats de grafts in een bioreactor voor intelligente weefseltechnologie via mechanische stimulatie, ontwikkeld door Tissue Growth Technologies.

Vul de bioreactor met 500 milliliters PBS bij 37 °C. Stel de bioreactor zo in dat er een cyclische drukverandering van één hertz in het transplantaat wordt aangebracht en test drie verschillende drukwaarden van 90 over 50, 120 over 80 en 150 over 110 millimeters kwik voor de systolische en diastolische druk. Wanneer de electrospinning-protocollen correct worden uitgevoerd, moet het eindproduct een zachte, naadloze buis zijn, zoals hier te zien is, zonder initiële tekenen van delaminatie tussen de lagen.

Hier wordt ter vergelijking een gedelamineerde buis getoond. Deze afbeelding verschaft informatie over de UNI-axiale trekproefwaarden voor de maximale tangentiële spanning en de breukrek voor individuele intimale, mediale en adventitiële lagen die specifieke mengsels van PCL, elastine en collageen bevatten. De trends wijzen op een toenemende maximale spanning en tangentiële modulus bij een toenemend PCL-gehalte, terwijl de breukrek afneemt; de resultaten van de hechtingretentie worden hier getoond, waarbij E-P-T-F-E de hoogste hechtingretentie vertoont en de 65-25-10 mengsels het dichtst bij de standaard voor de vena saphena liggen, weergegeven als een stippellijn; een niet-levende varkensfemorale arterie en E-P-T-F-E werden als vergelijking getest.

De barstdruk, zoals weergegeven in deze grafiek, laat zien dat de materialen met verhoudingen van 55 op 35 op 10 en 65 op 25 op 10 de hoogste barstdruk hebben. Dit is vergelijkbaar met de 1.600 mm Hg die het American National Standards Institute vereist voor alle vasculaire grafts die bedoeld zijn voor commercieel gebruik. Tot slot tonen compliantietests, bepaald op basis van interne radii bij drie verschillende gemiddelde arteriële drukken, aan dat een verhoogd PCL-gehalte in uitsluitend de mediale laag kan leiden tot een geleidelijke afname van de compliantie voor alle drie typen fysiologische drukken. Het meest kritieke onderdeel van deze studie is het wetgevingsproces.

Bij het gebruik van een drie-op-één input-output kan er ladingverlies optreden bij de nozzle-opening. Als dit gebeurt, kan ook de bolvorming (bulge) van het polymeer dat op dat moment wordt ge-electrospun afnemen. Dit kan leiden tot samengesmolten natte vezels en delaminatie tussen de drie lagen.

Daarom is een consistent elektrisch potentiaal essentieel bij het electrospinnen van een trilaterale vasculaire graft.