Method Article

Produkcja bioaktywnego, opartego na PCL "samodopasowanego" rusztowania polimerowego z pamięcią kształtu

DOI:

10.3791/52981

⸱

October 23rd, 2015

 ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Texas A&M University, 2Department of Material Science and Engineering, Texas A&M University, 3Institute of Advanced Materials and Technology, University of Science & Technology Beijing

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Interesujące są rusztowania zdolne do dopasowania się do ubytków kostnych czaszkowo-szczękowo-twarzowych (CMF), wykazując jednocześnie osteoprzewodnictwo i bioaktywność. Protokół ten opisuje przygotowanie rusztowania z pamięcią kształtu na bazie dikrylanu polikaprolaktonu (PCL-DA) przy użyciu metody odlewania rozpuszczalnikiem i ługowania cząstek stałych (SCPL) z wykorzystaniem stopionej matrycy solnej i nałożeniu bioaktywnej powłoki polidopaminowej .

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Inżynieria tkankowa została zbadana jako alternatywna strategia leczenia krytycznych ubytków kostno-szczękowo-twarzowych (CMF). Zasadnicze znaczenie dla powodzenia tego podejścia ma rusztowanie, które jest w stanie zmieścić się w nieregularnym defektu, a jednocześnie ma wymaganą biodegradowalność, wzajemne połączenia porów i bioaktywność. Ze względu na swoje właściwości odzyskiwania kształtu i trwałości, rusztowania z polimeru z pamięcią kształtu (SMP) mogą osiągnąć "samodopasowanie" wady. W ten sposób, po wystawieniu na działanie ciepłej soli fizjologicznej (~60 ºC), rusztowanie SMP stałoby się plastyczne, co pozwoliłoby na ręczne wciśnięcie go w nieregularną wadę. Późniejsze schłodzenie (~37 ºC) przywróciłoby rusztowanie do stosunkowo sztywnego stanu w obrębie defektu. Aby spełnić te wymagania, w niniejszym protokole opisano przygotowanie rusztowań SMP przygotowanych za pomocą fotochemicznego utwardzania biodegradowalnego diakrylanu polikaprolaktonu (PCL-DA) przy użyciu metody wymywania cząstek stałych przez odlewanie rozpuszczalnikiem (SCPL). Stopiony szablon soli jest wykorzystywany do uzyskania wzajemnych połączeń porów. Aby uzyskać bioaktywność, na powierzchnię ścian porów rusztowania nakłada się powłokę polidopaminową. Opisano również charakterystykę zachowań związanych z pamięcią samodopasowania i kształtu, wzajemnych połączeń porów i bioaktywności in vitro.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Obecnie uważany za złoty standard leczenia ubytków kostno-czaszkowo-szczękowo-twarzowych (CMF), przeszczep pobranych autologicznych przeszczepów jest utrudniony przez skomplikowane procedury przeszczepów, chorobowość miejsca dawczego i ograniczoną dostępność1. Szczególną trudnością jest uformowanie i zamocowanie sztywnego autoprzeszczepu w ubytku w celu uzyskania osteointegracji i zapobieżenia resorpcji przeszczepu. Inżynieria tkankowa została zbadana jako strategia alternatywna dla autoprzeszczepu i syntetycznych substytutów kości (np. cementu kostnego)2,3. Kluczowe znaczenie dla powodzenia podejścia opartego na inżynierii tkankowej ma ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Synteza makromeru PCL-DA

  1. Uruchom reakcję akrylacji.
    1. Odważyć 20 g PCL-diolu (Mn = ~ 10 000 g/mol) do kolby okrągłodennej o pojemności 250 ml wyposażonej w mieszadło magnetyczne pokryte teflonem.
    2. Rozpuścić PCL-diol w DCM.
      1. Dodać 120 ml DCM do kolby (stężenie = 0,17 g/ml).
      2. Umieść luźno gumową przegrodę w szyjce kolby, aby uniknąć wzrostu ciśnienia, a jednocześnie zapobiec parowaniu DCM.
      3. Mieszać roztwór przez ~30 min przy ~250 obr./min, aby całkowicie rozpuścić polimer.
    3. Dodać ~6,6 mg 4-dimetyloaminopirydyny (DMAP) do roztworu i rozpuścić mieszając.
    4. U....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Powstałe rusztowanie SMP oparte na PCL jest w stanie samodzielnie dopasować się do modelu defektu CMF (Rysunek 2). Po krótkim wystawieniu na działanie ciepłej soli fizjologicznej (~60 °C) cylindryczne rusztowanie mięknie, umożliwiając ręczne wciśnięcie rusztowania w wadę modelu i rozszerzanie się w niej. Po schłodzeniu do temperatury rynkowej rusztowanie jest mocowane w nowym, tymczasowym kształcie, który zostaje zachowany po usunięciu z ubytku.

Zachowanie pamięci kształtu rus.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół ten opisuje przygotowanie powlekanego polidopaminą rusztowania na bazie PCL, którego samodopasowanie, a także osteoindukcyjność i bioaktywność sprawiają, że jest ono interesujące w leczeniu nieregularnych ubytków kostnych CMF. Aspekty protokołu mogą być zmieniane w celu zmiany różnych funkcji rusztowania.

Protokół rozpoczyna się od arylacji PCL-diolu w celu umożliwienia utwardzenia promieniami UV. W podanym przykładzie PCL-diol Mn wynosi ~10 000 g/mol. Jednak poprzez odpowi.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy dziękują Texas A&M University Engineering and Experiment Station (TEES) za finansowe wsparcie tych badań. Lindsay Nail z wdzięcznością dziękuje za wsparcie ze strony Texas A&M University, Louis Stokes Alliance for Minority Participation (LSAMP) oraz National Science Foundation (NSF) Graduate Research Fellowship Program (GRFP). Dawei Zhang dziękuje Texas A&M University Dissertation Fellowship.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Polikaprolakton-diol (Mn ~ 10 000 g/mol)Sigma-Aldrich440752
Dichlorometan (DCM)Sigma-AldrichD65100Suszone na sitach molekularnych
4-dimetyloaminopirydyna (DMAP)Sigma-AldrichD5640
Trietyloamina (Et3N)Sigma-AldrichT0886
Chlorek akryluSigma-AldrichA24109
Octan etyluSigma-Aldrich319902
Węglan potasu (K2CO3)Sigma-Aldrich209619
Bezwodny siarczan magnezu (MgSO4)FisherM65
Chlorek sodu (NaCl)Sigma-AldrichS9888
2,2-dimetoksy-2-fenyl acetofenon (DMP)Sigma-Aldrich196118
1-winylo-2-pirolidynon (NVP)Sigma-AldrichV3409
EtanolSigma-Aldrich459844
Chlorowodorek dopaminySigma-AldrichH8502
Bufor Tris (2mol/L)FisherBP1759Stosowany przy stężeniu 10 mM, pH = 8,5
SitoVWR47729-972
Oświetlacz UV (365 nm, 25 W)UVP95-0426-02
WirówkaEppendorf5810 R
Dynamiczny analizator mechaniczny (DMA)TA InstrumentsQ800
Powlekarka do napylania o wysokiej rozdzielczościCressington208HR
Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM)FEIQuanta 600

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Neovius, E., Engstrand, T. Craniofacial reconstruction with bone and biomaterials: review over the last 11 years. J Plast Reconstr Aesthet Surg. 63, 1615-1623 (2010).
  2. Elsalanty, M. E., Genecov, D. G. Bone grafts in craniofacial surgery. Craniomaxillo....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Shape Memory PolymerSolvent Casting Particulate LeachingPolycaprolactone DiacrylatePolydopamine CoatingSelf fitting ScaffoldPore InterconnectivityScanning Electron MicroscopyHydroxyapatite FormationCranio maxillofacial DefectBioactive Scaffold

Related Articles