Method Article

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

DOI:

10.3791/52981

October 23rd, 2015

In This Article

Summary

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

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

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

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

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

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 rusztowanie o określonym zestawie właściwości. Po pierwsze, aby osiągnąć osteointegrację, rusztowanie musi utrzymywać ścisły kontakt z sąsiednią tkanką kostną4. Rusztowanie powinno być również osteokondukcyjne, co pozwala na migrację komórek, dyfuzję składników odżywczych i odkładanie się tkanek nowotworowych4,5. Takie zachowanie jest zwykle osiągane za pomocą biodegradowalnych rusztowań wykazujących wysoce połączoną morfologię porów. Wreszcie, rusztowanie powinno być bioaktywne, aby sprzyjać integracji i wiązaniu z otaczającą tkanką kostną5.

Tutaj prezentujemy protokół przygotowania rusztowania inżynierii tkankowej o tych właściwościach. Co ważne, rusztowanie to wykazuje zdolność do "samodopasowywania się" do nieregularnych defektów CMF ze względu na zachowanie pamięci kształtu6. Wiadomo, że termoczułe polimery z pamięcią kształtu (SMP) zmieniają kształt pod wpływem ciepła7,8. SMP składają się z "punktów sieciowych" (tj. chemicznych lub fizycznych wiązań poprzecznych), które określają trwały kształt, oraz "segmentów przełączających", które utrzymują tymczasowy kształt i przywracają stały kształt. Segmenty przełączające wykazują temperaturę przemiany termicznej (Ttrans) odpowiadającą przemianie szklistej (Tg) lub przemianie stopionej (Tm) polimeru. W rezultacie, SMP mogą być sekwencyjnie deformowane do kształtu tymczasowego w T > Ttrans, utrwalane w kształcie tymczasowym w T < Ttrans i odzyskiwane do trwałego kształtu w T > Ttrans. W ten sposób rusztowanie SMP może osiągnąć "samodopasowanie" w obrębie wady CMF w następujący sposób6. Po wystawieniu na działanie ciepłej soli fizjologicznej (T > Ttrans) rusztowanie SMP stałoby się plastyczne, co pozwoliłoby na ręczne wciśnięcie ogólnie przygotowanego cylindrycznego rusztowania w nieregularną wadę, przy czym odzyskiwanie kształtu sprzyja rozszerzaniu się rusztowania do granicy wady. Po schłodzeniu (T < Ttrans) rusztowanie powróciłoby do swojego stosunkowo bardziej sztywnego stanu, z niestałością kształtu zachowującą swój nowy tymczasowy kształt w obrębie defektu. W tym protokole rusztowanie SMP jest przygotowywane z polikaprolaktonu (PCL), biodegradowalnego polimeru intensywnie badanego pod kątem regeneracji tkanek i innych zastosowań biomedycznych9-11. W przypadku pamięci kształtu, TM PCL służy jako Ttrans i waha się od 43 do 60 ºC, w zależności od masy cząsteczkowej PCL12. W tym protokole Ttrans (tj. Tm) rusztowania wynosi 56,6±0,3 ºC6.

W celu osiągnięcia osteoprzewodnictwa, opracowano protokół do tworzenia rusztowań SMP opartych na PCL z wysoce połączonymi porami, opartych na metodzie wymywania cząstek stałych metodą odlewania rozpuszczalnikiem (SCPL)6,13,14. Diakrylan polikaprolaktonu (PCL-DA) (Mn = ~ 10 000 g/mol) został wykorzystany do umożliwienia szybkiego, fotochemicznego sieciowania i rozpuszczony w dichlorometanie (DCM), aby umożliwić odlewanie rozpuszczalnikiem na matrycy solnej. Po utwardzeniu fotochemicznym i odparowaniu rozpuszczalnika, matryca soli została usunięta przez wypłukanie do wody. Średnia wielkość soli reguluje wielkość porów rusztowania. Co ważne, matryca soli została stopiona z wodą przed odlaniem rozpuszczalnikiem, aby uzyskać wzajemne połączenie porów.

Bioaktywność została przekazana rusztowaniu SMP poprzez tworzenie in situ powłoki polidopaminowej na ściankach porów6. Bioaktywność jest często wprowadzana do rusztowań poprzez włączenie wypełniaczy szklanych lub szklano-ceramicznych15. Mogą one jednak powodować niepożądane kruche właściwości mechaniczne. Wykazano, że dopamina tworzy przylegającą, cienką warstwę polidopaminy na różnych podłożach16-19. W tym protokole rusztowanie SMP poddano lekko zasadowemu roztworowi dopaminy (pH = 8,5) w celu utworzenia nanogrubej powłoki polidopaminy na wszystkich powierzchniach ścian porów6. Oprócz zwiększania hydrofilowości powierzchni w celu poprawy adhezji i rozprzestrzeniania się komórek, wykazano, że polidopamina jest bioaktywna pod względem tworzenia hydroksyapatytu (HAp) po ekspozycji na symulowany płyn ustrojowy (SBF)18,20,21. W ostatnim etapie rusztowanie powlekane jest poddawane obróbce cieplnej w temperaturze 85 ºC (T >T trans), co prowadzi do zagęszczenia rusztowania. Wcześniej zauważono, że obróbka cieplna jest niezbędna dla zachowania pamięci kształtu rusztowania, być może ze względu na reorganizację domen krystalicznych PCL w celu zbliżenia się do bliższej odległości14.

Dodatkowo opisujemy metody charakteryzowania zachowania samodopasowania w obrębie nieregularnego defektu modelu, zachowania pamięci kształtu w kategoriach kontrolowanych przez szczep cykliczno-termicznych testów mechanicznej kompresji (tj. odzyskiwania kształtu i stałości kształtu), morfologii porów i bioaktywności in vitro. Przedstawiono również strategie dostosowywania właściwości rusztowań.

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

Protocol

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

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. Umieść gumową przegrodę bezpiecznie w szyjce kolby. Pozwól roztworowi kontynuować mieszanie.
    5. Przez gumową przegrodę delikatnie przepłukać kolbęN2 przez ~ 3 minuty, używając wlotu igły o dodatnim ciśnieniu N2 i otwartej igły jako wylotu.
    6. Zdemontować wlot i wylot N2.
    7. Dodawać kroplami 0,56 ml (4,0 mmol) trietyloaminy (Et3N) za pomocą szklanej strzykawki wyposażonej w igłę wprowadzaną przez gumową przegrodę.
    8. Dodawać kroplami 0,65 ml (8,0 mmol) chlorku akrylolu za pomocą szklanej strzykawki wyposażonej w igłę wprowadzaną przez gumową przegrodę.
    9. Umieścić wlotN2 z powrotem w kolbie i pozostawić zawartość do mieszania pod dodatnim ciśnieniemN2 przez ~30 min.
    10. Podgrzej kąpiel olejową do temperatury 55 °C.
    11. Po wyznaczonych ~30 minutach usuń wlot N2 i zastąp przegrodę skraplaczem.
    12. Zanurzyć kolbę w podgrzanej kąpieli olejowej.
    13. Pozostawić zawartość kolby do mieszania przez 20 godzin.
    14. Po upływie wyznaczonych 20 godzin wyjąć kolbę z łaźni olejowej i pozostawić zawartość do ostygnięcia do temperatury pokojowej.
    15. Za pomocą wyparki obrotowej usunąć rozpuszczalnik DCM z kolby.
  2. Oczyść surowy produkt PCL-DA.
    1. Do kolby dodać ~135 ml octanu etylu i rozpuścić surowy PCL-DA.
    2. Przefiltrować grawitacyjnie roztwór przez bibułę filtracyjną do czystej kolby okrągłodennej o pojemności 250 ml. (Uwaga: Roztwór może zgęstnieć na bibule filtracyjnej, nie przechodząc łatwo przez nią. Jeśli tak, ostrożnie zastosuj łagodne ciepło za pomocą pistoletu grzewczego.)
    3. Za pomocą wyparki obrotowej usunąć rozpuszczalnik octanu etylu z kolby.
    4. Do kolby dodać ~140 ml DCM i rozpuścić surowy PCL-DA.
    5. Przenieść zawartość do rozdzielacza o pojemności 500 ml.
    6. Do lejka dodać 13,5 ml 2 M węglanu potasu (K2CO3 ).
    7. Zakryj lejek. Delikatnie wymieszaj dwie warstwy, odwracając lejek i delikatnie obracając raz lub dwa razy, uważając, aby uwolnić ciśnienie przez kurek. Powtórz 3 razy.
    8. Zastąp nasadkę warstwą Parafilmu i pozwól mieszaninie oddzielić O/N (~12 godzin).
    9. Zebrać dolną, organiczną warstwę do kolby Erlenmeyera o pojemności 250 ml.
    10. Dodać ~5 g bezwodnego siarczanu magnezu (MgSO4) do kolby i delikatnie zamieszać.
    11. Grawitacyjnie przefiltrować mieszaninę przez wysokiej jakości bibułę filtracyjną i do czystej kolby okrągłodennej o pojemności 250 ml.
    12. Za pomocą wyparki obrotowej usunąć rozpuszczalnik DCM z kolby.
    13. Wysuszyć w wysokiej próżni, aby usunąć resztki DCM. (Uwaga: PCL-DA należy przechowywać z dala od światła.)
    14. Potwierdź akrylację za pomocą 1H NMR22,23.

2. Przygotowanie rusztowania SMP (Rysunek 1)

  1. Przygotuj stopiony szablon soli.
    1. Za pomocą sita o średnicy 425 μm uzyskamy cząsteczki chlorku sodu (NaCl) o średnicy ~460 ± 70 μm. (Uwaga: Średnią wielkość cząstek można potwierdzić na podstawie obrazów ze skaningowej mikroskopii elektronowej [SEM] za pomocą oprogramowania ImageJ.)14
    2. Do szklanej fiolki o pojemności 3 ml (średnica wewnętrzna = 12,9 mm) dodać 1,8 g uprzednio przesianego NaCl.
    3. Powoli dodawać, w czterech porcjach, 7,5% wag. (w przeliczeniu na masę soli) wody DI (0,146 g) do fiolki. Wymieszaj metalową szpatułką po dodaniu każdej porcji wody.
    4. Zakręć fiolkę, zawiń w chusteczkę i umieść pionowo w probówce wirówkowej. Wirować przez 15 minut przy 3 220 x g.
    5. Zdejmij nakrętkę i pozostaw do wyschnięcia na powietrzu O/N (~12 godzin).
  2. W nowej szklanej fiolce przygotować "roztwór makromeru", łącząc 0,15 g PCL-DA na ml DCM. (Uwaga: Na jedno rusztowanie należy przygotować ~ 1 ml roztworu.) Zakręć i mieszaj roztwór na wysokich obrotach na mieszadle wirowym przez ~1 min.
  3. W nowej szklanej fiolce o pojemności 3 ml przygotować "roztwór fotoinicjatora" na bazie 10% wag. 2,2-dimetoksy-2-fenyloacetofenonu (DMP) w 1-winylo-2-pirolidynonie (NVP). Połączyć 0,115 g DMP w 1 ml NVP. (Uwaga: Dla jednego rusztowania wymagane jest ~180 μl.) Zakryj, zawiń w folię aluminiową (w celu zablokowania światła) i mieszaj roztwór na wysokich obrotach na mieszadle wirowym przez ~1 min. (Uwaga: W przypadku wcześniejszego przygotowania roztwór należy przechowywać w lodówce i chronić przed światłem.)
  4. Owinąć fiolkę zawierającą roztwór makromeru (bez nakrętki) folią aluminiową (w celu zablokowania światła) i dodać za pomocą pipety 15% obj. (w przeliczeniu na całkowitą objętość roztworu makromeru) roztworu fotoinicjatora. Zakręć i mieszaj roztwór na wysokich obrotach na mieszadle wirowym przez ~1 min.
  5. Owinąć fiolkę zawierającą stopioną matrycę soli (bez nakrętki) folią aluminiową (w celu zablokowania światła) i dodać za pomocą pipety wcześniej przygotowany roztwór makromeru/fotoinicjatora (~0,6 ml lub do całkowitego pokrycia matrycy).
  6. Zakręć fiolkę, zawiń w chusteczkę i umieść pionowo w probówce wirówkowej. Wirować przez 10 minut przy stężeniu 1,260 x g w celu rozprowadzenia roztworu makromeru w całej matrycy.
  7. Zdjąć folię aluminiową, odkręcić fiolkę i wystawić na działanie promieniowania UV (365 nm, 25 W) przez 3 minuty.
  8. Usunąć "rusztowanie zawierające sól" z fiolki za pomocą pęsety po nacięciu i złamaniu górnej części szklanej fiolki.
  9. W zlewce o pojemności 400 ml przygotować ~200 ml rozpuszczalnika woda/etanol (1:1 obj.
  10. Rusztowanie należy utrzymywać zanurzone w rozpuszczalniku woda/etanol przez 4 dni z codzienną wymianą rozpuszczalnika.
  11. Zdjąć rusztowanie z rozpuszczalnika i wysuszyć na powietrzu O/N.

3. Nakładanie powłoki polidopaminowej na rusztowanie SMP (Rysunek 1)

  1. W zlewce o pojemności 400 ml wyposażonej w mieszadło pokryte teflonem przygotować ~200 ml roztworu chlorowodorku dopaminy (2 mg/ml w 10 mM buforze Tris, pH = 8,5, 25 ºC). Mieszać z prędkością ~150 obr./min.
  2. Umieść jednorazową igłę (długość = 40 mm; rozstaw = 20) w rusztowaniu, ~ połowa odległości przez rusztowanie. Owinąć drut wokół piasty igły.
  3. Zanurzyć rusztowanie (z piastą igły nad powierzchnią roztworu) w mieszającym roztworze dopaminy, zakotwiczając drut do krawędzi zlewki.
  4. Odgazowuje rusztowanie, umieszczając strzykawkę w piaście igły i używając jej do wyciągania powietrza z rusztowania. (Uwaga: Odgazowanie jest zakończone, gdy nie można już usunąć powietrza, a roztwór całkowicie przeniknął do rusztowania.)
  5. Utrzymuj rusztowanie zanurzone w mieszającym roztworze dopaminy przez 16 godzin.
  6. Zdjąć rusztowanie z roztworu i usunąć igłę. Spłucz wodą DI i wysusz w piekarniku próżniowym w temperaturze RT przez 24 godziny.
  7. Umieść rusztowanie w piekarniku o temperaturze 85 ºC na 1 godzinę.
  8. Poczekaj, aż rusztowanie ostygnie do temperatury rynkowej. Końcowe rusztowanie cylindryczne będzie miało średnicę ~6 mm x wysokość ~5 mm.

4. Ocena "samodopasowanego" zachowania

  1. Przygotuj "nieregularny model defektu CMF" za pomocą arkusza sztywnego tworzywa sztucznego o grubości ~5 mm. Użyj wiertła, aby utworzyć pustą przestrzeń w arkuszu tworzywa sztucznego o średniej średnicy nieco mniejszej niż ~6 mm, jak pokazano na rysunku 2A.
  2. W zlewce podgrzej wodę DI (reprezentującą kliniczne zastosowanie soli fizjologicznej) do temperatury ~60 ºC.
  3. Umieścić rusztowanie w zlewce z wodą o temperaturze ~60 ºC. Użyj pęsety, aby wepchnąć rusztowanie pod powierzchnię wody, wystawiając wszystkie obszary na działanie wody. Kontynuuj przez ~2 minuty lub do momentu, gdy rusztowanie zauważalnie zmięknie (Rysunek 2B).
  4. Zdjąć rusztowanie ze zlewki i natychmiast wcisnąć (ręcznie) w wadę modelu.
  5. Pozostawić do ostygnięcia do temperatury RT (~5-10 min) (Rysunek 2C).
  6. Usunąć z ubytku, aby zaobserwować nowy, stały tymczasowy kształt i powrót do stosunkowo bardziej sztywnego stanu (rysunek 2D).

5. Testowanie zachowania pamięci kształtu

  1. Za pomocą dynamicznego analizatora mechanicznego (DMA; np. TA Instruments Q800 używany w niniejszym dokumencie), przeprowadzić kontrolowany przez odkształcenie test cykliczno-termicznego mechanicznego ściskania na rusztowaniu w ciągu dwóch cykli (N) w celu określenia stałości kształtu (Rf) i odzyskiwania kształtu (Rr) (Rysunek 3).
    1. Utrzymywać w równowadze do 60 °C (T high) przez 5 min.
    2. Ściskanie do maksymalnego odkształcenia (εm = 50 %) przy 50 %/min.
    3. Trzymaj na εm (5 min).
    4. Schłodzić do 25 °C (T low) i utrzymać przez 10 minut, aby utrwalić tymczasowy kształt.
    5. Usuń ładunek.
    6. Zmierz ostateczne odkształcenie w stanie bezstresowym (εu).
    7. Podgrzej ponownie do 60 °C (T high) i utrzymuj przez 10 minut, aby odzyskać trwały kształt.
    8. Zmierz odzyskany szczep (εp).
    9. Pozostając jeszcze w temperaturze 60 °C (T high), rozpocząć drugi cykl (N = 2) poprzez ściśnięcie rusztowania do 50 % wysokości odzyskanej po 1. cyklu (N = 1).
    10. Powtórzyć 5.1.3-5.1.8 dla N = 2.
    11. Oblicz Rf i Rr dla N = 1 i 2, korzystając z następujących równań:
      Rf(N) = [εu(N)/ εm]Rr(N) = [εm - εp(N)]/[εm- εp(N-1)]

6. Wizualizacja wielkości porów i wzajemnych połączeń porów

  1. Za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM; np. FEI Quanta SEM, jak zastosowano w niniejszym dokumencie), obserwuj wielkość porów i wzajemne połączenia porów.
    1. Za pomocą pęsety do przytrzymania rusztowania SMP zanurzyć w płynie N2 na 1 minutę.
    2. Usunąć z cieczy N2 i rozbić wzdłuż środka rusztowania czystą żyletką.
    3. Za pomocą taśmy węglowej przymocuj jedną z połówek rusztowania SMP do stolika na próbkę tak, aby pęknięta powierzchnia była skierowana do góry.
    4. Napylanie warstwowe z Au-Pt (~4 nm).
    5. Przechwyć obraz SEM przy zalecanym napięciu przyspieszającym 10-15 kV ( Rysunek 4A).

7. Badanie bioaktywności in vitro

  1. Do probówki wirówkowej o pojemności 50 ml dodaj ~30 ml 1X SBF24.
  2. Zaopatrz się w rusztowanie w oryginalnym, cylindrycznie formowanym trwałym kształcie. Przetnij rusztowanie na pół (w poprzek okrągłej krawędzi) za pomocą czystego ostrza.
  3. Umieść pojedynczą połówkę rusztowania w przygotowanej probówce wirówkowej i nasadce.
  4. Utrzymuj probówkę w temperaturze 37 °C w łaźni wodnej w warunkach statycznych bez zmian SBF.
  5. Po 14 dniach zdjąć rusztowanie z SBF i schnąć na powietrzu przez 24 godziny.
  6. Za pomocą taśmy węglowej przymocuj rusztowanie do stolika na próbkę tak, aby pęknięta powierzchnia była skierowana do góry.
  7. Napylanie warstwowe z Au-Pt (~4 nm).
  8. Uchwyć obraz SEM przy zalecanym napięciu przyspieszającym 10-15 kV (rysunek 4B).

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

Results

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

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

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

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

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

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

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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. Craniomaxillofac Trauma Reconstr. 2, 125-134 (2009).
  3. Hollister, S. J., et al. Engineering craniofacial scaffolds. Orthod Craniofacial Res. 8, 162-173 (2005).
  4. Albrektsson, T., Johansson, C. Osteoinduction, osteoconduction and osseointegration. Eur Spine J. 10, S96-S101 (2001).
  5. Blokhuis, T. J., Arts, J. J. C. Bioactive and osteoinductive bone graft substitutes: Definitions, facts and myths. Injury. 42, S26-S29 (1016).
  6. Zhang, D., et al. A bioactive “self-fitting” shape memory polymer scaffold with potential to treat cranio-maxillo facial bone defects. Acta Biomater. 10, 4597-4605 (2014).
  7. Lendlein, A., Kelch, S. Shape-memory polymers. Angew. Chem. Int. Ed. 41, 2034-2057 (2002).
  8. Hu, J., Zhu, Y., Huang, H., Lu, J. Recent advances in shape-memory polymers: Structure, mechanism, functionality, modeling and applications. Prog Polym Sci. 37, 1720-1763 (2012).
  9. Middleton, J. C., Tipton, A. J. Synthetic biodegradable polymers as orthopedic devices. Biomaterials. 21, 2335-2346 (2000).
  10. Sun, H., Mei, L., Song, C., Cui, X., Wang, P. The in vivo degradation, absorption and excretion of PCL-based implant. Biomaterials. 27, 1735-1740 (2006).
  11. Woodruff, M. A., Hutmacher, D. W. The return of a forgotten polymer-Polycaprolactone in the 21st century. Prog Polym Sci. 35, 1217-1256 (2010).
  12. Wang, S., Lu, L., Gruetzmacher, J. A., Currier, B. L., Yaszemski, M. J. Synthesis and characterizations of biodegradable and crosslinkable poly(ε-caprolactone fumarate), poly(ethylene glycol fumarate), and their amphiphilic copolymer. Biomaterials. 27, 832-841 (2006).
  13. Zhang, D., Petersen, K. M., Grunlan, M. A. Inorganic-organic shape memory polymer (SMP) foams with highly tunable properties. ACS Appl Mater Interfaces. 5, 186-191 (2012).
  14. Zhang, D., Burkes, W. L., Schoener, C. A., Grunlan, M. A. Porous inorganic-organic shape memory polymers. Polymer. 53, 2935-2941 (2012).
  15. Van der Stok, J., Van Lieshout, E. M., El-Massoudi, Y., Van Kralingen, G. H., Patka, P. Bone substitutes in the Netherlands-a systematic literature review. Acta Biomater. 7, 739-750 (2011).
  16. Lee, H., Dellatore, S. M., Miller, W. M., Messersmith, P. B. Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings. Science. 318, 426-430 (2007).
  17. Hong, S., et al. Non-covalent self-assembly and covalent polymerization co-contribute to polydopamine formation. Adv Funct Mater. 22, 4711-4717 (2012).
  18. Ryu, J., Ku, S. H., Lee, H., Park, C. B. Mussel-inspired polydopamine coating as a universal route to hydroxyapatite crystallization. Adv Funct Mater. 20, 2132-2139 (2010).
  19. Lee, Y. B., et al. Polydopamine-mediated immobilization of multiple bioactive molecules for the development of functional vascular graft materials. Biomaterials. 33, 8343-8352 (2012).
  20. Wu, C., Fan, W., Chang, J., Xiao, Y. Mussel-inspired porous SiO 2 scaffolds with improved mineralization and cytocompatibility for drug delivery and bone tissue engineering. J Mater Chem. 21, 18300-18307 (2011).
  21. Ku, S. H., Ryu, J., Hong, S. K., Lee, H., Park, C. B. General functionalization route for cell adhesion on non-wetting surfaces. Biomaterials. 31, 2535-2541 (2010).
  22. Schoener, C. A., Weyand, C. B., Murthy, R., Grunlan, M. A. Shape memory polymers with silicon-containing segments. J Mater Chem. 20, 1787-1793 (2010).
  23. Zhang, D., Giese, M. L., Prukop, S. L., Grunlan, M. A. Poly(ε-caprolactone)-based shape memory polymers with variable polydimethylsiloxane soft segment lengths. J Polym Sci Pol Chem. 49, 754-761 (2011).
  24. Kokubo, T., Takadama, H. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity. Biomaterials. 27, 2907-2915 (2006).
  25. Murphy, W. L., Dennis, R. G., Kileny, J. L., Mooney, D. J. Salt fusion: an approach to improve pore interconnectivity within tissue engineering scaffolds. Tissue Eng. 8, 43-52 (2002).
  26. Yang, Q., Chen, L., Shen, X., Tan, Z. Preparation of polycaprolactone tissue engineering scaffolds by improved solvent casting/particulate leaching method. J Macromol Sci Phys. 45, 1171-1181 (2006).
  27. Madbouly, S. A., Kratz, K., Klein, F., Lüzow, K., Lendlein, A. Thermomechanical behaviour of biodegradable shape-memory polymer foams. 2009 MRS Spring Meeting, 1190, Mater Res Soc Symp Proc. (2009).
  28. Luo, X., Mather, P. T. Preparation and characterization of shape memory elastomeric composites. Macromolecules. 42, 7251-7253 (2009).
  29. Lendlein, A., Schmidt, A. M., Langer, R. AB-polymer networks based on oligo(ɛ-caprolactone) segments showing shape-memory properties. Proc Natl Acad Sci. 98, 842-847 (2001).

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