Van bloedplaatjes afgeleide extracellulaire vesikel functionalisatie van Ti-implantaten
5 augustus 2021
Hier presenteren we een methode voor de isolatie van extracellulaire blaasjes (EV's) afgeleid van de bloedplaatjeslysaten (PL) en hun gebruik voor het coaten van titanium (Ti) implantaatoppervlakken. We beschrijven de drop casting coating methode, de EV's release profiel van de oppervlakken, en in vitro biocompatibiliteit van EV's gecoat Ti oppervlakken.
Extracellulaire blaasjes combinatie met biomaterialen is een wenselijke aanpak voor regeneratieve geneeskunde studies. Deze studie rapporteert dus titanium functionalisatie met EV's als een praktisch hulpmiddel voor orthopedie en botregeneratie. De druppelgiet functionalisatie is een eenvoudige en goedkope methode in vergelijking met andere strategieën zoals polymere beknelling of biochemische binding.
Begin met de functionalisering van het titaniumoppervlak door de titaniumschijven te wassen met gedeïoniseerd water in een glazen bekerglas. Gooi vervolgens het water weg voordat u de schijven wast met 70% ethanol. Decanteer de oplossing om de gewassen implantaten gedurende vijf minuten in gedeïoniseerd water bij 50 C te soniceren.
Na het weggooien van het water incubeert u titaniumimplantaten in een 40% natriumhydroxideoplossing bij 50 C gedurende 10 minuten met agitatie en vervolgens soniceren de implantaten in gedeïoniseerd water zoals aangetoond. Voer vervolgens ten minste vijf wasbeurten van de implantaten uit met gedeïoniseerd water. Totdat de pH neutraal is op de pH-indicator.
Herhaal het ultrasoonapparaat en incubatieproces, zoals eerder uitgelegd, door natriumhydroxide te vervangen door 50% salpeterzuur. Voer de wasbeurten en ultrasoonapparaat uit met gedeïoniseerd water voordat u de implantaten opslaat in een 70% ethanoloplossing. Incubeer de titanium implantaten in een 30% salpeterzuuroplossing gedurende 30 minuten bij kamertemperatuur met zachte agitatie.
Voer na incubatie ten minste vijf wasbeurten uit met gedeïoniseerd water totdat de pH neutraal is op pH-indicatoren. Incubeer vervolgens titanium implantaten 's nachts bij kamertemperatuur in gedeïoniseerd water. Droog de volgende dag de implantaten af onder vacuüm bij 40 C gedurende 10 minuten.
Werk onder de celkweekkast en plaats titanium implantaten in een 96-well plaat met de machinezijde naar boven gericht. Zorg ervoor dat de extracellulaire blaasjes EV's vallen door ev-oplossing te ontdooien en vortexoplossing met een puls van drie seconden. Zet na het mengen 40 microliter van de EV-oplossing af op het titaniumoppervlak om maximaal 4 x 10 ^ 11 EV's per implantaat te immobiliseren, volgens de concentratie bepaald door nanodeeltjesvolganalyse.
Plaats de platen vervolgens onder vacuümomstandigheden op 37 C gedurende ongeveer twee uur of totdat de druppels volledig droog zijn. Pas de droogtijd aan afhankelijk van het aantal titanium implantaten en het water dat in de vacuümkamer aanwezig is. De hoeveelheid EV's die vrijkwamen uit titaniumschijven werd gemeten door nanodeeltjes tracking analyse.
Op dag 2 werden ongeveer 10^9 EV's uitgebracht, gevolgd door een aanhoudende release op dag 6, 10 en 14. In vitro celbiocompatibiliteit van de titanium EV's werd beoordeeld met lactaatdehydrogenase, of LDH-afgiftetest, 48 uur na celzaaien op de implantaten. Titanium EV's vertoonden een lagere hoeveelheid LDH dan de maximaal geaccepteerde cytotoxische waarde.
Terwijl de titaniumcontrolegroep hogere LDH-activiteitsniveaus vertoonde. De belangrijkste stap is het vacuümdrogen van het gecoate implantaat. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat al het water wordt verdampt om een optimale lichaamsbouw te krijgen.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert een methode voor het isoleren van extracellulaire vesikels (EV's) uit plaatjeslysaten en hun toepassing bij het coaten van titanium implantaatoppervlakken. De focus ligt op de drop casting-methode voor functionalisering, het afgifteprofiel van de EV's en de biocompatibiliteit van de gecoate oppervlakken.
Belangrijkste onderdelen van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Regeneratieve Geneeskunde
- Orthopedie
- Biomaterialen
Achtergrond
- Extracellulaire blaasjes zijn belangrijk in de regeneratieve geneeskunde.
- Het coaten van biomaterialen met EV's kan hun functionaliteit verbeteren.
- Titanium wordt veelvuldig gebruikt in orthopedische implantaten.
- Functionaliseringsmethoden variëren in complexiteit en kosten.
Doel van de studie
- Om een praktische methode te ontwikkelen voor de functionalisatie van titaniumoppervlakken.
- Om de biocompatibiliteit van EV-gecoate titaniumoppervlakken te beoordelen.
- Om een kosteneffectief alternatief te bieden voor bestaande functionalisatietechnieken.
Gebruikte methoden
- Isolatie van EV's uit bloedplaatjeslysaten.
- Drop casting-methode voor het coaten van titaniumoppervlakken.
- Wassen van titaniumschijfjes met gedeïoniseerd water en ethanol.
- Sonicatie van implantaten ter verbetering van de oppervlaktepreparatie.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle isolatie van EV's uit plaatjeslysaten.
- Effectieve coating van titaniumoppervlakken middels de drop casting-methode.
- Gedemonstreerd releaseprofiel van EV's vanuit gecoate oppervlakken.
- In vitro biocompatibiliteit van EV-gecoate titaniumoppervlakken is bevestigd.
Conclusies
- De drop casting-methode is een levensvatbare benadering voor de functionalisering van titanium.
- Titaniumoppervlakken gecoat met EV's zijn veelbelovend voor orthopedische toepassingen.
- Deze methode biedt een kosteneffectief alternatief voor de functionalisering van biomaterialen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Deze methode maakt een kosteneffectieve, schaalbare functionalisering van titaniumimplantaten met plaatjes-afgeleide extracellulaire vesikels mogelijk om het osteogene potentieel bij orthopedische toepassingen te verhogen. Door de bioactiviteit van biomaterialen te verbeteren via EV-gemedieerde signalering, ondersteunt deze methode vroege targetvalidatie bij strategieën voor botregeneratie. De aanpak biedt een reproduceerbaar platform voor het verminderen van risico's bij de preklinische ontwikkeling van implantatiegebaseerde regeneratieve therapieën.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om EV-gemedieerde osteogene signaleringspaden op biomateriaaloppervlakken te onderzoeken.
- Operationele waarde: Biedt een gestandaardiseerde, kosteneffectieve methode voor het prepareren van bioactieve implantaatoppervlakken voor functionele screening.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert kwantificeerbare EV-afgifteprofielen die meetbaar zijn via nanoparticle tracking analysis voor standaardisatie van assays.
- Operationele waarde: Ondersteunt reproduceerbare oppervlaktecoating via drop casting, waardoor consistente evaluatie van verbindingen of biomaterialen in vitro mogelijk wordt.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Demonstreert een aanhoudende afgifte van EV over 14 dagen, wat zorgt voor een langdurige bioactieve signalering in preklinische modellen.
- Operationele waarde: Bevestigt biocompatibiliteit via de LDH-assay, waardoor het risico op cytotoxiciteit bij vroege evaluaties van implantaten wordt verminderd.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode past binnen het continuüm van ontdekking naar preklinisch onderzoek door oppervlaktevoorbereiding mogelijk te maken voor bioactieve screening, assay-ontwikkeling en implantatievalidatie in trajecten voor botregeneratie.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetoetsing van EV-gestuurde osteogene mechanismen op titaniumsubstraten.
- Screening: Maakt gestandaardiseerde, reproduceerbare coating van implantaten mogelijk voor consistente evaluatie van bioactieve verbindingen of blaasjes.
- Analytica: Levert kwantitatieve gegevens over EV-vrijgave via nanoparticle tracking en biocompatibiliteitsmetingen via de LDH-assay.
- Translationeel onderzoek: Verbindt de functionalisering van EV's in de ontdekkingsfase met preklinische validatie door middel van gegevens over vertraagde vrijgave en biocompatibiliteit.
- Bedrijfsmatige herutilisatie: Biedt een herbruikbaar, kosteneffectief platform voor het functionaliseren van titaniumgebaseerde implantaten binnen meerdere programma's voor regeneratieve geneeskunde.
Operationele en bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt de betrouwbaarheid van het doelwit door de EV-gemedieerde osteoinductieve activiteit op implantaatoppervlakken te valideren.
- Operationele waarde: Garandeert reproduceerbaarheid door gestandaardiseerde stappen voor wassen, sonicatie en vacuümdrogen.
- Strategische waarde: Vermindert biologische risico's in een laat stadium door vroege beoordeling van de biocompatibiliteit en bioactiviteit van implantaten mogelijk te maken.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde go/no-go-beslissingen in ontwikkelingspipelines voor orthopedische biomaterialen.
Overwegingen bij implementatie
- Vereist expertise in de isolatie van extracellulaire blaasjes en nanoparticle tracking analyse.
- Afhankelijk van de toegang tot vacuümdroogapparatuur en pH-monitoring voor de oppervlaktevoorbereiding.
- Noodzaak tot standaardisatie van de EV-concentratie en het druppelvolume over verschillende productiebatches.
- Omvat overwegingen voor aanpassing aan variërende titanium implantaatgeometrieën en oppervlakken.
- Beperkt door de noodzaak van aseptische hantering tijdens de depositie en droogstappen van de EV's.
