Name: Genereren van alginaat Microspheres voor biomedische toepassingen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-08-12T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: Leer de fabricatie van meerlaagse alginaat-microsferen voor cel- en eiwitencapsulatie. Deze techniek verbetert geneesmiddelafgifte en biedt nieuwe mogelijkheden voor de behandeling van diabetes type 1.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Deze studie werd ondersteund door het Amerikaanse Department of Veterans Affairs (Washington DC), subsidies 0852048, 0731201 en 0854430 van de National Science Foundation (Arlington, VA), en de subsidie ​​RO1 DK080897 van de National Institutes of Health (Bethesda, MD) . De heer Khanna steun gekregen van een gulle donatie van de heer Edward Ross en dr. Monica Moya van de Bill &amp; Melinda Gates Foundation (Seattle, WA).

Het protocol beschrijft hier een drie-stappen-procedure voor het genereren van meerdere lagen alginaat microbolletjes (figuur 1). Eerst worden alginaat microbolletjes gevormd (figuur 2A). Deze procedure is beschreven in paragraaf 1 hieronder. Cellen of eiwitten kunnen toegevoegd worden aan de microkorrels in deze stap om als een afgiftesysteem. De volgende stap omvat de vorming van een permselectief laag op de microkorrels en is beschreven in hoofdstuk 2. De laatste stap gaat de vorming van een extra alginaat laag en wordt beschreven in paragraaf 3. Deze laag vormen op de buitenkant van het oppervlak van de korrels (Figuur 2B) kan worden gebruikt om te kapselen en therapeutische moleculen (figuur 2C) cellulaire respons van het systeem na de transplantatie sturen. 1. Alginaat microbeads Voorbereiding <ol><li> Bereid een 1,5% (w / v) LVM alginaatoplossing door het oplossen 15 g LVM alginaat in 1 mlbinnenlaag alginaatoplossing (25 mM Hepes buffer, 118 mM NaCl, 5,6 mM KCl, 2,5 mM MgCl2 in DI water, pH 7,4). Meng bij Vortexer tot alginaat kracht volledig opgelost tot een heldere, viskeuze oplossing. Opmerking: Dit protocol beschrijft de voorwaarden optimaal zijn voor eilandje inkapseling binnen alginaat microcapsules 1 De concentratie en samenstelling van de alginaat microsferen kan worden gewijzigd om eigenschappen af te stemmen voor andere toepassingen (bijvoorbeeld drug delivery, tissue engineering, etc.). Opmerking: Voor eilandje inkapseling van de eilandjes kunnen worden toegevoegd aan de alginaatoplossing in deze stap voorafgaand aan het laden in de microencapsulator. </li><li> Bereid de verknoping oplossing (22 mM CaCl2 in DI water) door het oplossen 100 mM CaCl2 en 10 mM HEPES buffer in DI water en het instellen op pH 7,4. Opmerking: andere divalente kationen zoals Br2 +, 2 + Sr, enz. kunnen in plaats van Ca2 + worden gebruikt, afhankelijk van de aard van alginaat gelering desired. </li><li> Stel de twee-kanaals air jack alginaat microencapsulator door het toevoegen van een 25-gauge naald op een spuit, en stel de kleppen aan beide zijden om te controleren of de naald in het midden van de lucht jas. Verschillende gauge naald kan worden gebruikt voor deze stap, afhankelijk van de grootte van gerichte alginaat microkorrels. Deze stap kan worden uitgevoerd met een injectiespuit, moet microencapsulator niet beschikbaar. Voeg de alginaat oplossing voor de spuit, en selecteer een naalddikte gebaseerd op de grootte van de gewenste microkorrels. </li><li> Plaats een kolf met 10 ml van verknoping oplossing direct onder de naald. Plaats een roerstaaf in de oplossing. </li><li> Injecteer direct druppels in de CaCl2-oplossing om de alginaat verknopen microbolletjes te vormen. Incubeer de korrels in de verknoping oplossing uitharden minstens vijftien minuten onder continu roeren. </li><li> Breng de korrels 15 ml centrifugebuis. Verwijder de resterende oplossing,en voer drie wassingen met een 0,2% CaCl2 in fysiologische zoutoplossing twee minuten. </li></ol> 2. Het bekleden van de microkorrels met Poly-L-ornithine <ol><li> Bereid 3 mL van een 0,1% (w / v) van poly-L-ornithine (PLO) in zoutoplossing. Zet de oplossing op een vortex totdat het volledig is opgelost, de vorming van een heldere oplossing. Poly-L-lysine (PLL) kan in plaats van PLO worden gebruikt voor deze stap, waardoor hetzelfde niveau van permselectivity. </li><li> Breng de alginaat microbolletjes in de PLO oplossing. Leg ze op een Vortex gedurende 30 minuten om de PLO voldoende tijd om te interageren met het alginaat, de vorming van een polykation-polyanion complex. Aan het einde van 30 minuten, moet er een duidelijk zichtbare witte coating rondom de alginaat microbolletjes. </li><li> Verwijder de PLO oplossing en voer driemaal wassen met 0,2% CaCl2 in fysiologische zoutoplossing twee minuten. </li></ol> 3. Het maken van de Buiten-Alginaat LayER <ol><li> Bereid een alginaatoplossing gewenste concentratie die worden gebruikt om de buitenste laag. De oplossing wordt bereid zoals beschreven in (1.1) hierboven. De grootte van de buitenlaag wordt beïnvloed door de samenstelling en concentratie van alginaat gebruikt (Figuur 3). </li><li> Breng de alginaat microkralen naar een cel-zeef. Gebruik Kimwipe overtollige oplossing te absorberen om de microkorrels zoveel mogelijk te drogen. </li><li> Breng de microkorrels een Parafilm oppervlak. Andere gladde oppervlakken zoals glas of een kunststof petrischaaltje kunnen vervangen Parafilm, indien gewenst. </li><li> Breng de alginaatoplossing bereid (3,1) op de alginaat microkorrels. Het volume van alginaat oplossing volledig moet worden betrekking hebben op de alginaat microbolletjes. Laat de microkorrels blijft de alginaatoplossing 45 minuten. </li><li> Gebruik een pipet om het overtollige alginaat oplossing niet gebonden aan de microbolletjes te verwijderen. </li><li> Breng de microbolletjes inaan een oplossing van 22 mm CaCl2. Dit verknoopt de alginaatoplossing rond de microkorrels, resulterend in de vorming van de afzonderlijke buitenste alginaat laag. </li><li> Voer driemaal wassen met 22 mM CaCl2 in fysiologische zoutoplossing twee minuten. Het bekijken van de microkralen onder een microscoop moet het mogelijk maken voor een duidelijke buitenste alginaat laag om gezien te worden gevormd rond de kern microbeads. </li></ol> 4. Representatieve resultaten <img src="/files/ftp_upload/3388/3388fig1.jpg" alt="Figuur 1" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="Figuur 1"> Figuur 1. Een schematische weergave van de procedure voor het maken lagen alginaat microbolletjes. Overgenomen met toestemming van Khanna et al.. J Biomed Mater Res A. november, 95 (2), 632-40 (2010). <img src="/files/ftp_upload/3388/3388fig2.jpg" alt="Figuur 2" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="Figuur 2"> Figuur 2. (A) en (B) in fase contrastbeelden alginaat microkorrels. (A) toont een Microbeadna synthese stap (1,7), terwijl (B) geeft een duidelijke buitenste laag alginaat aanwezig na voltooiing van stap (3.7). (C) is een afbeelding van FITC fluorescent gelabelde BSA eiwit ingekapseld in de buitenste laag. Overgenomen met toestemming van Khanna et al.. J Biomed Mater Res A. november, 95 (2), 632-40 (2010). <img src="/files/ftp_upload/3388/3388fig3.jpg" alt="Figuur 3" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="Figuur 3"> Figuur 3. De grootte van de buitenste laag alginaat kan worden gevarieerd gebaseerd op de samenstelling en concentratie van alginaat gebruikt. Onze resultaten tonen dat voor zowel LVM en LVG alginaat de buitenste laag toeneemt met toenemende concentratie alginaat, en LVG alginaat dikkere lagen levert dan LVM alginaat op gelijke concentraties. Overgenomen met toestemming van Khanna et al.. J Biomed Mater Res A. november, 95 (2), 632-40 (2010). <img src="/files/ftp_upload/3388/3388fig4.jpg" alt="Figuur 4" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="Figuur 4"> Figuur 4. Vrijgave van FGF-1, angiogene groeifactor eiwit van de buitenste laag alginaat gevarieerd gebaseerd op de concentratie van LVM en LVG alginaat gebruikt. (A) en (b) tonen procent afgifte en (C) en (D) duiden de corresponderende massa afgifte van FGF-1 tegen de tijd voor verschillende buitenlaag formuleringen. Er is een stootafgifte vertoonden alle omstandigheden in de eerste 5 uur (A en C), en een lage dosis continue afgifte tot 30 dagen (B en D). Overgenomen met toestemming van Khanna et al.. J Biomed Mater Res A. november;. 95 (2), 632-40 (2010) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/3388/3388fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken</a> .

<ol><li>Darrabie, M. D., Kendall, W. F., Opara, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characteristics+of+Poly-L-+Ornithine-coated+alginate+microcapsules%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Characteristics of Poly-L- Ornithine-coated alginate microcapsules.</a> Biomaterials. 26, 6846-6852 (2005).</li>
<li>Yamagiwa, K., Kozawa, T., Ohkawa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+alginate+composition+and+gelling+conditions+on+diffusional+and+mechanical+properties+of+calcium-alginate+gel+beads%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Eng.+Jpn%22%5BJournal%5D)">Effects of alginate composition and gelling conditions on diffusional and mechanical properties of calcium-alginate gel beads.</a> J. Chem. Eng. Jpn. 28, 462-467 (1995).</li>
<li>Amsden, B., Turner, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+characteristics+of+calcium+alginate+gels%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol.+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Diffusion characteristics of calcium alginate gels.</a> Biotechnol. Bioeng. 65, 605-610 (1999).</li>
<li>Uriel, S., Brey, E. M., Greisler, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sustained+low+levels+of+fibroblast+growth+factor-1+promote+persistent+microvascular+network+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Surg%22%5BJournal%5D)">Sustained low levels of fibroblast growth factor-1 promote persistent microvascular network formation.</a> Am. J. Surg. 192, 604-609 (2006).</li>
<li>Moya, M. L., Lucas, S., Francis-Sedlak, M., Liu, X., Garfinkel, M. R., Huang, J. J., Cheng, M. H., Opara, E. C., Brey, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sustained+delivery+of+FGF-1+increases+vascular+density+in+comparison+to+bolus+administration%5BTitle%5D)+AND+%22Microvasc.+Res%22%5BJournal%5D)">Sustained delivery of FGF-1 increases vascular density in comparison to bolus administration.</a> Microvasc. Res. 78, 142-147 (2009).</li>
<li>Moya, M. L., Cheng, M. H., Huang, J. J., Francis-Sedlak, M. E., Kao, S. W., Opara, E. C., Brey, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+FGF-1+loaded+alginate+microbeads+on+neovascularization+and+adipogenesis+in+a+vascular+pedicle+model+of+adipose+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">The effect of FGF-1 loaded alginate microbeads on neovascularization and adipogenesis in a vascular pedicle model of adipose tissue engineering.</a> Biomaterials. 31, 2816-2826 (2010).</li>
<li>Khanna, O., Moya, M. L., Greisler, H. P., Opara, E. C., Brey, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multilayered+Microcapsules+for+the+Sustained-Release+of+Angiogenic+Proteins+From+Encapsulated+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Surg%22%5BJournal%5D)">Multilayered Microcapsules for the Sustained-Release of Angiogenic Proteins From Encapsulated Cells.</a> Am. J. Surg. 200, 655-658 (2010).</li>
<li>Khanna, O., Moya, M. L., Opara, E. C., Brey, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+multilayered+alginate+microcapsules+for+the+sustained-release+of+fibroblast+growth+factor-1%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Mater.+Res.+A%22%5BJournal%5D)">Synthesis of multilayered alginate microcapsules for the sustained-release of fibroblast growth factor-1.</a> J. Biomed. Mater. Res. A. 95, 632-640 (2010).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

Alginaat een natuurlijke, zure polysaccharide uit algen en is opgebouwd uit eenheden van 1,4 &#39;-β-D-mannuronzuur (M) en α-L-guluronzuur (G) 2,3. Eenvoudige gelering optreedt wanneer tweewaardige kationen, zoals Ca2 +, 2 + Sr, Ba of 2 + interactie met G-monomeren die ionische bruggen tussen grenzende alginaat ketens. Microkorrels alginaat zijn gebruikt om een ​​verscheidenheid van eiwitten, met inbegrip fibroblast groeifactor 1 (FGF-1), zenuwgroeifactor, leukemie belemmerend...

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam van het serum </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Opmerkingen (optioneel) </td></tr><tr><td> Pronova Ultrapure LVG alginaat </td><td> Nova-Matrix </td><td> 4200006 </td><td> Een verscheidenheid van alginaat formuleringen zijn. De keuze van alginaat beïnvloedt het einde eigenschappen van de microkorrels, zoals grootte, mechanische eigenschappen en transport. De gebruikte samenstelling moet worden geoptimaliseerd voor een bepaalde toepassing. </td></tr><tr><td> Pronova Ultrapure LVM alginaat </td><td> Nova-Matrix </td><td> 4200206 </td><td> Een verscheidenheid van alginaat formuleringen zijn. De keuze van alginaat beïnvloedt het einde eigenschappen van de microkorrels, zoals grootte, mechanische eigenschappen en transport. De gebruikte samenstelling moet worden geoptimaliseerd voor een bepaalde toepassing. </td></tr><tr><td> Poly-L-ornithine hydrochloride </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> P2533 </td><td></td></tr></tbody></table>

genereren van alginaat microspheres voor biomedische toepassingen

Generation of Alginate Microspheres for Biomedical Applications

Alginaat gebaseerde materialen aanzienlijke aandacht gekregen voor biomedische toepassingen vanwege hun hydrofiele aard biocompatibiliteit en fysieke architectuur. Toepassingen zijn onder andere cel inkapseling, drug delivery, stamcel-cultuur, en tissue engineering steigers. In feite zijn klinische momenteel uitgevoerd waarbij eilandjes zijn ingekapseld in PLO gecoate alginaat microbolletjes als behandeling van type I diabetes. Echter, een groot aantal eilandjes die nodig zijn voor de werkzaamheid als gevolg van een slechte overleving na de transplantatie. De mogelijkheid om microvasculaire netwerkvorming lokaal te stimuleren rond de ingekapselde cellen kunnen verhogen hun levensvatbaarheid door verbeterde transport van zuurstof, glucose en andere essentiële voedingsstoffen. Fibroblast groeifactor-1 (FGF-1) is een natuurlijk groeifactor die kan bloedvaten stimuleren en zuurstof in ischemische weefsels verbeteren. De werkzaamheid van FGF-1 verhoogd wanneer deze wordt geleverd een sustained mode in plaats van een grote bolus-administratie. De lokale lange termijn afgifte van groeifactoren uit eilandje inkapseling systemen kan het stimuleren van de groei van bloedvaten direct naar de getransplanteerde cellen, mogelijk het verbeteren van functionele graft resultaten. In dit artikel beschrijven we procedures voor de bereiding van alginaat die voor toepassing in biomedische toepassingen. Verder beschrijven we een werkwijze ontwikkeld voor het genereren lagen alginaat microbolletjes. Cellen kunnen ingekapseld worden in de binnenste alginaat kern en angiogene eiwitten in de buitenste laag alginaat. De release van eiwitten uit de buitenste laag zou het stimuleren van de vorming van lokale netwerken microvasculaire direct naar de getransplanteerde eilandjes.

In de volgende paragrafen beschrijven we procedures voor de bereiding van alginaat die voor toepassing in biomedische toepassingen. We specifiek illustreren een techniek voor het maken van meerdere lagen alginaat microsferen voor het tweeledige doel van de cel en eiwitten inkapseling als een potentiële behandeling voor diabetes type 1.

Genereren van alginaat Microspheres voor biomedische toepassingen

Op alginaat gebaseerde materialen hebben aanzienlijke aandacht gekregen voor biomedische toepassingen vanwege hun hydrofiele aard, biocompatibiliteit en ...

Mijn naam is Goldie Ana en ik ben een undergraduate student die werkt in het laboratorium van Dr. Eric Bras aan het Illinois Institute of Technology. In deze videopresentatie zal ik technieken beschrijven voor het gebruik van alginaat-microbeads in de biomedische technologie, specifiek op het gebied van cel- en weefselengineering. Al het hier beschreven werk is uitgevoerd in samenwerking met het laboratorium van Dr. Emmanuel OPA aan het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine.Ik zal technieken presenteren voor het fabriceren van alginaat-microbeads voor gebruik bij zowel geneesmiddelentoediening als celincapsulatie. Ten slotte zal ik een nieuwe procedure demonstreren die wij in ons laboratorium hebben ontwikkeld voor het genereren van meerlaagse alginaat-microcapsules die voor het dubbele doel van cel- en proteïne-incapsulatie kunnen worden gebruikt. Alginaat is opgebouwd uit bèta-D-guluronzuur- en alfa-L-uronzuurresiduen in variërende sequenties.Alginatenoplossingen crosslinken tot een gel in de aanwezigheid van een multivalent kation, zoals calcium twee plus, dat het meest gebruikt wordt. Onderzoekers hebben het gebruik van alginaat-microbeads voor de inkapseling van cell

generation-of-alginate-microspheres-for-biomedical-applications

Research

JoVE Journal

Medicine

Geneeskunde

We hebben een methode ontwikkeld om pluripotente stamcellen (PS-cellen) in alginaathydrogeelkapsels te inkapselen met behulp van een coaxiale mondstuk. Dit voorkomt dat cellen zich overmatig bundelen en beperkt de schuifspanning die cellen in suspensiecultuur ervaren. De techniek is toepasbaar op de massaproductie van PS-cellen evenals op onderzoek naar stamcelniches.

Alginaat inkapseling van pluripotente stamcellen Met behulp van een co-axiale Nozzle

Injecteerbare tissue engineering scaffold uit poly (N-isopropylacrylamide) -graft-chondroïtinesulfaat (PNIPAAm-g-CS) bevattende alginaat microdeeltjes bereid. De hechtsterkte, zwelvermogen en in vitro biocompatibiliteit geanalyseerd in deze studie. De karakterisering technieken die hier ontwikkeld kan van toepassing zijn op andere thermogelling systemen.

Synthese van Thermogelling Poly (N-isopropylacrylamide) -graft-chondroïtinesulfaat Composites met Alginaatmicrodeeltjes voor Tissue Engineering

Zelf-geassembleerde polyelektrolyetcomplexen (PEC) gemaakt van heparine en protamine werden afgezet op alginaatkralen om osteogene groeifactoren vast te houden en de afgifte ervan te reguleren. Deze afgiftestrategie maakt een 20-voudige vermindering van de BMP-2 dosis mogelijk bij toepassingen voor spinale fusie. Dit artikel illustreert de voordelen en fabricage van PEC's.

Polyelectrolyte Complex voor Heparine Binding Domain osteogeen Growth Factor Delivery

Engineering en analyse van dragende weefsels met heterogene celpopulaties is nog steeds een uitdaging. Hier beschrijven we een methode voor het maken van bi-gelaagde alginaat-hydrogelschijven als platform voor co-cultuur van diverse celpopulaties binnen één constructie.

Gelaagde Alginaat Constructen: Een platform voor Co-cultuur van heterogene celpopulaties

Deze video en manuscript beschrijven een emulsie gebaseerde methode om zoogdiercellen in 0,5% tot 10% alginaatkralen te inkapselen die in grote batches kunnen worden geproduceerd onder gebruikmaking van een eenvoudig geroerd vat. De ingekapselde cellen kunnen in vitro worden gekweekt of getransplanteerd voor toepassingen op het gebied van cellotherapie.

Zoogdiercelcapsulatie in Alginaatkralen Met Een Eenvoudig Verrijkt Vaartuig

Dit protocol illustreert een cel inkapseling methode door snelle fysieke gelatie van alginaat om cellen te immobiliseren. Verkregen microbeads laten gecontroleerde en aanhoudende secretie van amyloid-β toe na verloop van tijd en kunnen worden gebruikt om de effecten van uitgescheiden amyloid-β in in vitro en in vivo modellen te bestuderen.

Vervaardiging van amyloid-β-afscheidende alginaat Microbeads voor gebruik bij de modellering van de ziekte van Alzheimer

Hier gepresenteerd is een methode voor de 3D bioprinten van gelatine methacryloyl.

Protocollen van 3D Bioprinting van gelatine Methacryloyl hydrogel gebaseerde Bioinks

Hier wordt een milde 3D-printtechniek gepresenteerd die wordt aangedreven door afwisselend viskeuze-traagheidskrachten om de constructie van hydrogel-microdragers mogelijk te maken. Zelfgemaakte nozzles bieden flexibiliteit, waardoor eenvoudige vervanging voor verschillende materialen en diameters mogelijk is. Celbindende microdragers met een diameter van 50-500 μm kunnen worden verkregen en verzameld voor verdere kweek.

3D-printen van in vitro hydrogel microdragers door afwisselend viskeuze-traagheidskracht jetting

Het huidige protocol beschrijft de fabricage van op poly (melkzuur-co-glycolzuur) gebaseerde zeer open poreuze microsferen (HOPM's) via de op single-emulsieformulering gebaseerde facile microfluïdische technologie. Deze microsferen hebben potentiële toepassingen in tissue engineering en drugsscreening.

Het fabriceren van zeer open poreuze microsferen (HOPM's) via microfluïdische technologie

Het protocol beschrijft de bereiding van natriumalginaatmicrosferen die zijn verknoopt met verschillende metaalionen met behulp van een microfluïdisch apparaat voor het ontwerp van geneesmiddeldragers. De antimicrobiële eigenschappen en de langzame afgifte van deze microsferen werden ook onderzocht.

Bereiding van vernette natriumalginaatmicrosferen met verschillende metaalionen met behulp van de microfluïdische elektrospraytechnologie

Leer de fabricatie van meerlaagse alginaat-microsferen voor cel- en eiwitencapsulatie. Deze techniek verbetert geneesmiddelafgifte en biedt nieuwe mogelijkheden voor de behandeling van diabetes type 1.

Genereren van alginaat Microspheres voor biomedische toepassingen

Meer video's verkennen