11 september 2015
Een stapsgewijs generiek proces voor het creëren van een botachtig sjabloon met geconstrueerde microkanalen wordt gepresenteerd. Hoge absorptie- en retentiecapaciteiten van het sjabloon worden aangetoond door capillaire actie via microkanalen.
Het algemene doel van deze procedure is om een bottemplate-micro-omgeving te creëren die het vermogen heeft om ontbrekend of beschadigd bot te herstellen. Dit wordt bereikt door eerst een polyurethaanspons te vormen en aan te passen om binnen een defectgebied te passen. De tweede stap is om de polyurethaanspons gelijkmatig te coaten met een viskeuze hydroxyapatiet slurrie en deze te laten drogen.
De laatste stap is om de hydroxyapatietcoating te centreren in een spieroven op hoge temperatuur. Uiteindelijk wordt een botachtig template met geëngend microkanalen gemaakt met hoge celabsorptie en -retentiecapaciteiten. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals zoutreiken of 3D-printtechnieken, is dat de microkanalen in de tra door capillaire actie worden gemaakt.
Deze methode kan helpen bij het aanpakken van grote uitdagingen op het gebied van regeneratieve geneeskunde, zoals de reconstructie van cranale maxillofaciale en segmentale botdefecten. De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar de therapie van aangeboren afwijkingen. De templates zijn volledig aanpasbaar in vorm en grootte, en de capillaire actie zal langeafstandscelmigratie bevorderen.
Hoewel deze methode inzicht biedt in botregeneratie, kan deze ook worden toegepast op andere kweeksystemen, zoals het 3D-kankerkweekplatform. Begin met het trimmen van polyurethaansponzen met 80 poriën per inch in brugvormige vormen met afmetingen van 3,5 centimeter hoog, vijf centimeter breed en 1,5 centimeter diep. Maak vervolgens 100 milliliter van een 4% natriumhydroxide-oplossing.
Gebruik een 150 milliliter beker. Dompel de sponzen in de natriumhydroxide-oplossing en pers de lucht eruit totdat de sponzen volledig doorweekt zijn. Eenmaal verzadigd, plaats de beker met de sponzen in een ultrasone verwarming op 42 kilohertz gedurende 15 tot 20 minuten zonder verwarming.
Als je klaar bent, spoel de sponzen vijf tot tien minuten met gedistilleerd water terwijl je ze spoelt, pers de sponzen en laat ze vijf tot zeven keer uitzetten om eventueel resterend natriumhydroxide in de sponzen te verwijderen. Verwijder overtollig water van de sponzen met keukenpapier en plaats ze vervolgens in een oven op 60 tot 80 graden Celsius om ze te laten drogen. Om de hydroxyapatietslurrie te maken, weeg eerst een 50 milliliter beker met een magnetische roerder.
Voeg vervolgens 20 milliliter gedistilleerd water toe aan de beker. Verwarm het water op een hotplate ingesteld op 120 tot 140 graden Celsius en roer met de magnetische roerder. Wanneer het water begint te koken, voeg 0,3 gram polyvinylalcoholpoeder toe aan het gedistilleerd water terwijl je roert op 300 tot 400 RPM.
Roer tot het poeder volledig is opgelost en de oplossing helder is. Schakel vervolgens het vuur uit en voeg 0,1 gram ultra laag viskeuze natriumcarboxymethylcellulosepoeder toe terwijl je blijft roeren op 400 tot 500 RPM tot de oplossing helder wordt. Koel het mengsel vervolgens af tot kamertemperatuur.
Voeg vervolgens 0,3 gram ammoniumpolyacrylisch dispersiemiddel toe terwijl je roert op 300 tot 400 RPM. Roer tot het volledig is opgelost en voeg vervolgens 0,2 gram glycerine toe terwijl je roert op 300 tot 400 RPM tegen. Roer het mengsel tot het volledig is opgelost.
Weeg vervolgens 10 gram nano-hydroxyapatietpoeder af en voeg het langzaam toe aan de beker terwijl je roert op 600 tot 900 RPM. Blijf vijf minuten roeren. Plaats vervolgens het mengsel in een ultrasone en soniqueer het vijf minuten om de dispersie van eventuele agglomeratie van het hydroxyapatietpoeder te waarborgen. Voeg vervolgens vijf extra milliliter gedistilleerd water toe aan het mengsel terwijl je roert op 600 tot 900 RPM en verwarm op 90 tot 100 graden Celsius. Blijf het mengsel roeren met een magnetische roerder op 600 tot 800 RPM bij 90 tot 100 graden Celsius.
Om het watergehalte te verdampen, meet het volledige gewicht, inclusief de beker en het mengsel van tijd tot tijd totdat een poeder-vloeistofverhouding van 1,75 tot 1,80 is verkregen. Zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol, laat de slurrie afkoelen tot kamertemperatuur voordat je hem gebruikt voor de coating. Bekleed de voorbereide polyurethaansponzen met de hydroxyapatietslurrie met behulp van een roerlepel tot de slurrie homogeen verdeeld is door de polyurethaansponzen op een glazen plaat. Blaas vervolgens lichtjes op de sponzen met behulp van een luchtcompressor om interconnectiviteit, uniformiteit en open poriën te garanderen.
Als er geen homogene coating wordt bereikt, zullen de hydrogel-gecoate templates tijdens het ING-proces instorten en kunnen ze ook kraken tijdens het hanteren vanwege de lage fabricagebeperkingen. Bovendien is een homogene coating van cruciaal belang voor het creëren van microkanalen. Droog de HA-gecoate templates gedurende minimaal vijf uur op 20 tot 25 graden Celsius met zachte luchtcirculatie.
Verleng deze tijd voor grotere templates. Na het droogproces, plaats de HA-gecoate templates op een Illumina-smeltkroes. Plaats ze vervolgens in een hoogtemperatuuroven en volg het achtstappencentrumprofiel dat in het bijbehorende tekstprotocol wordt beschreven.
Voeg 10 milliliter van pres osteoblastische mc three T three-cellen toe met 1 miljoen cellen in een enkele put binnen een zesputtenplaat. Plaats vervolgens de sjabloon met een afmeting van drie centimeter bij vier centimeter bij een centimeter verticaal in de zesputtenplaat. Plaats één been van de sjabloon in een put met de celsuspensie en het andere been in een aangrenzende lege put.
Laat de sjabloon de celsuspensie gedurende 10 minuten absorberen in een bioveiligheidskabinet. Voeg vervolgens vijf milliliter extra medium toe aan de put die oorspronkelijk gevuld was met de celsus
Deze studie presenteert een methode voor het creëren van een botachtig sjabloon met gemanipuleerde microkanalen die de celabsorptie en -retentie verbeteren. De techniek is erop gericht om uitdagingen in de regeneratieve geneeskunde aan te pakken, in het bijzonder bij botreconstructie.
Ontworpen microkanalen in biomateriaaltemplates maken capillaire celmigratie mogelijk, waarmee een belangrijk knelpunt in bone tissue engineering wordt aangepakt: het bereiken van een uniforme celdistributie in scaffolds met een groot volume. Deze aanpak vergroot het voorspellend vertrouwen in preklinische modellen door snelle, homogene celinfiltratie zonder externe krachten te ondersteunen, waardoor de translationele relevantie van regeneratieve therapieën voor segmentale botdefecten wordt verbeterd. De methode ondersteunt validatie van targets in een vroeg stadium door een instelbare, biomimetische micro-omgeving te bieden die de architectuur en functie van trabeculair bot nabootst.
De methode integreert in het continuüm van ontdekking naar preklinisch onderzoek door biomateriaal screening, functionele validatie en mechanistisch inzicht in workflows voor botregeneratie mogelijk te maken, met name daar waar scaffold-gemedieerde celtoediening een snelheidsbeperkende stap is.