Name: Trójwarstwowe elektroprzędzenie w celu naśladowania natywnej architektury tętnic przy użyciu polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu: badanie wstępne (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-01-04T16:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 47 s
Description: Poznaj trójwarstwowe elektroprzędzenie tętnic z polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu. Ta metoda pozwala naśladować natywną architekturę ściany tętniczej i dostosować właściwości mechaniczne poszczególnych warstw.

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

playerTrialDesktop

Pragniemy podziękować amerykańskiemu stowarzyszeniu American Heart Association Mid-Atlantic Affiliate (0555407U,GLB) za sfinansowanie badań.

<ol>
	<li>Przed elektroprzędem kolagen z bovine corium (skóry bydlęcej) 6-miesięcznej musi zostać wyekstrahowany za pomocą procesu opartego na kwasie octowym. Wyekstrahowany kolagen jest następnie oczyszczany poprzez następującą serię rozpuszczania, wytrącania i dializ. Po liofilizacji kolagenu można rozpocząć proces elektroprzędzy.</li>
	<li>Odważone zostają trzy materiały: polikaprolakton (PCL), elastyna (ELAS) i kolagen (COL). Materiały te zostaną rozpuszczone oddzielnie w 1,1,1,3,3,3 heksafluoro-2-propanolu (HFP, TCI America) w stężeniach odpowiednio 100 mg/ml, 200 mg/ml i 70 mg/ml.</li>
	<li>Materiały są mieszane w pięciu różnych fiolkach scyntylacyjnych w stosunkach objętościowych: 98-2-0 PCL-ELAS-COL (tunica intima), 45-45-10, 55-35-10 i 65-25-10 PCL-ELAS-COL (tunica media) oraz 70-0-30 PCL-ELAS-COL (tunica adventitia).</li>
	<li>Do jednowymiarowych testów rozciągania i testów podatności poszczególnych warstw każdy z materiałów był elektroprzędziony indywidualnie, natomiast wielowarstwowe protezy naczyniowe do testów wytrzymałości na pękanie, retencji szwów i podatności były elektroprzędzione w konfiguracji od 3 do 1. Rusztowania do jednowymiarowych testów rozciągania były płaskie i prostokątne (szerokość 2,5 cm x długość 10,2 cm x grubość 0,3 cm), ponieważ trzpienie o średnicy 2 mm używane do elektroprzędzy poszczególnych warstw i protez wielowarstwowych były zbyt małe do wycinania próbek testowych.</li>
	<li>Zarówno w przypadku elektroprzędzy pojedynczej, jak i wielowarstwowej, roztwory polimerowe ładowano do plastikowej strzykawki Becton Dickinson o pojemności 3 ml z igłą tępą o rozmiarze 18 G i umieszczano w pompie strzykawkowej przy ustawionej prędkości dozowania. Prędkości indywidualnej elektroprzędzy ustawiono na 4 ml/hr, natomiast prędkości elektroprzędzy wielowarstwowej zmieniano w zależności od przejścia i warstwy. Przepływy i objętości wynosiły odpowiednio: tunica intima była elektroprzędzona z prędkością 4 ml/hr i objętością 0,5 ml, po czym nastąpiło przejście łączące strzykawki z intimą i medią dla 0,2 ml przy prędkości 2 ml/hr każda. Następnie wyłączono strzykawkę z intimą i pozwolono na przędzenie warstwy medialnej dla 0,6 ml przy 4 ml/hr, po czym nastąpiło przejście między medią a adventitią dla 0,2 ml roztworu polimerowego przy 2 ml/hr każda. Na koniec zatrzymano medię i pozwolono na przędzenie adventitii dla 0,4 ml przy 4 ml/hr.</li>
	<li>Wszystkie próbki poddano sieciowaniu w 50 mM EDC przez 18 godzin przed przystąpieniem do testów 1.</li>
	<li>Jednowymiarowe testy rozciągania przeprowadzono na sześciu próbkach z jednego elektroprzędzonego arkusza nawodnionego w PBS przez 24 godziny. Próbki w kształcie „hantla” wycięto z mat elektroprzędzonych i przetestowano w systemie testowym MTS Bionix 200 z ogniwem obciążeniowym 100 N i prędkością rozciągania 10,0 mm/min. Maksymalne naprężenie, moduł i odkształcenie przy zerwaniu obliczono za pomocą programu TestWorks wersja 4.</li>
	<li>Testy retencji szwów przeprowadzono na sześciu rurkowych okazach o wewnętrznej średnicy 2 mm z sześciu różnych elektroprzędzonych protez, namoczonych w PBS przez 24 godziny w temperaturze 37°C, w systemie testowym MTS Bionix 200 z ogniwem obciążeniowym 50 N (MTS Systems Corp.) i prędkością rozciągania 150,0 mm/min, zgodnie z procedurą prostego przeciągania opisaną przez American National Standards Institute 2. Mononiciową fioletową nić chirurgiczną PDS II 5-0 umieszczono 2 mm od końca próbki i rozciągano, aż szew został wyrwany z protezy. Maksymalne obciążenie zarejestrowano w gramach-siłach za pomocą programu TestWorks wersja 4.</li>
	<li>Testy wytrzymałości na pękanie przeprowadzono na sześciu próbkach z sześciu różnych elektroprzędzonych protez. Rurki testowe o długości 2-3 cm nawodniono w PBS, nałożono na wypustki o średnicy 1,5 mm przymocowane do urządzenia i zabezpieczono szwem jedwabnym 2-0. Do systemu wprowadzano powietrze, zwiększając ciśnienie w tempie 5 mmHg/s, aż do pęknięcia rurek 2. Wyniki podano jako ciśnienie w mmHg, przy którym nastąpił rozryw rurek.</li>
	<li>Podatność dynamiczną określono dla sześciu rurkowych protez o wewnętrznej średnicy 2 mm pobranych z sześciu różnych elektroprzędzonych protez o długości 3 cm w symulowanych warunkach fizjologicznych. Zarówno pojedyncze warstwy, jak i wielowarstwowe konstrukty rurkowe były elektroprzędzione i testowane w tych samych warunkach. Okazy testowano w bioreaktorze Intelligent Tissue Engineering via Mechanical Stimulation (ITEMS) opracowanym przez Tissue Growth Technologies, wypełnionym PBS w temperaturze 37°C. Bioreaktor zapewniał cykliczną zmianę ciśnienia 1 Hz wewnątrz protezy, badając trzy różne poziomy ciśnienia skurczowego/rozkurczowego: 90/50, 120/80 i 150/110 mmHg 2, 3.</li>
</ol>
Reprezentatywne wyniki
Przy prawidłowym przeprowadzeniu protokołów elektroprzędzenia produktem końcowym powinna być miękka, bezszwowa rurka bez początkowych oznak delaminacji między warstwami. Po przeprowadzeniu jednowymiarowych prób rozciągania, prób wytrzymałości na rozrywanie, prób retencji szwów oraz prób podatności wyniki powinny wykazać, że wraz ze zwiększeniem sztywności warstwy środkowej, przy zmniejszonej ilości elastyny, powiązane właściwości mechaniczne powinny wskazywać na większą sztywność rurki.

<ol><li>McClure, M. J., Sell, S. A., Barnes, C. P., Bowen, W. C., Bowlin, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cross-linking+Electrospun+Polydioxanone-Soluble+Elastin+Blends%3A+Material+Characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Engineered+Fibers+and+Fabrics%22%5BJournal%5D)">Cross-linking Electrospun Polydioxanone-Soluble Elastin Blends: Material Characterization.</a> Journal of Engineered Fibers and Fabrics. 3, 1-10 (2008).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Cardiovascular+implants+-+Vascular+graft+protheses%22">Cardiovascular implants - Vascular graft protheses</a>. VP20, AAMI Press. Bethesda, MD. (1994).</li>
<li>McClure, M. J., Sell, S. A., Simpson, D. G., Walpoth, B. H., Bowlin, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+three-layered+electrospun+matrix+to+mimic+native+arterial+architecture+using+polycaprolactone%2C+elastin%2C+and+collagen%3A+A+preliminary+study%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">A three-layered electrospun matrix to mimic native arterial architecture using polycaprolactone, elastin, and collagen: A preliminary study.</a> Acta Biomater. , (2010).</li>
</ol>

Kilku autorów posiada oczekujące na rozpatrzenie patenty w Stanach Zjednoczonych i na arenie międzynarodowej w odniesieniu do technologii przedstawionej w niniejszym manuskrypcie, a technologia ta została licencjonowana firmie Organogenesis, Inc.

Kluczowym elementem niniejszego badania jest proces elektroprzędzenia. Przy zastosowaniu dyszy o konfiguracji wejście-wyjście 3-1 może dojść do przeskoków iskrowych i utraty ładunku. W takim przypadku napięcie związane z przędzionym polimerem spadnie, co doprowadzi do powstania zespawanych, „mokrych” włókien oraz do rozwarstwienia pomiędzy każdą z trzech warstw. Dlatego też utrzymanie stałych potencjałów elektrycznych jest niezbędne do uzyskania optymalnej wielowarstwowej rurki.
Niedopasowani...

<table><tbody><tr><td>Polikaprolakton</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elastyna</td><td>Elastin Products Company</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kolagen</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kwas octowy</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chlorek sodu</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TRIS</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>wirówka Avanti J-HC 6 L</td><td>Beckman Coulter Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1,1,1,3,3,3-heksafluoro-2-propanol</td><td>TCI America</td><td></td><td></td></tr><tr><td>strzykawka Becton Dickinson 3 ml</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zasilacz montowany w szafie rack CZE1000R</td><td>Spellman</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pompa strzykawkowa wysokociśnieniowa</td><td>Cole-Parmer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1-etylo-3-(3-dimetyloaminopropyl)-karbodiimid</td><td>Pierce, Thermo Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>70% etanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>oprogramowanie ImageTool 3.0</td><td>Oprogramowanie udostępnione przez UTHSCSA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy</td><td>Carl Zeiss, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>System testowy MTS Bionix 200</td><td>MTS Systems Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TestWorks wersja 4</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bioreaktor do inteligentnej inżynierii tkankowej poprzez stymulację mechaniczną (ITEMS)</td><td>Technologie wzrostu tkanek</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

trójwarstwowe elektroprzędzenie w celu naśladowania natywnej architektury tętnicy z wykorzystaniem polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu: badanie wstępne

Tri-layered Electrospinning to Mimic Native Arterial Architecture using Polycaprolactone, Elastin, and Collagen: A Preliminary Study

W naturalnej tętnicy kolagen i elastyna pełnią istotną rolę, stanowiąc mechaniczny szkielet, zapobiegając pękaniu naczyń i sprzyjając regeneracji przy deformacjach pulsacyjnych. Celem niniejszego badania było odtworzenie struktury naturalnej tętnicy poprzez wytworzenie wielowarstwowego elektroprzędzionego naczynia z poli(kaprolaktonu) (PCL) z dodatkiem elastyny i kolagenu w mieszaninach PCL-ELAS-COL o proporcjach 45-45-10, 55-35-10 oraz 65-25-10, aby wykazać właściwości mechaniczne zbliżone do natywnej tkanki tętniczej, przy jednoczesnym zachowaniu sprzyjających warunków do regeneracji tkanki. Całe przeszczepy oraz poszczególne warstwy poddano analizie za pomocą jednowymiarowej próby rozciągania, pomiaru podatności dynamicznej, wytrzymałości na wyrwanie szwu oraz ciśnienia rozrywającego. Wyniki podatności wykazały, że zmiany w warstwie środkowej/medialnej wpływały na ogólne zachowanie przeszczepu, a wartości podatności całego graftu mieściły się w zakresie 0,8 - 2,8 % / 100 mmHg, podczas gdy wyniki jednowymiarowe wykazały średni moduł w zakresie 2,0 - 11,8 MPa. Zarówno dane dotyczące modułu, jak i podatności, mieściły się w zakresie wartości charakterystycznych dla naturalnej tętnicy. Zastosowano modelowanie matematyczne, aby wykazać, w jaki sposób zmiany sztywności warstw wpływają na całkowowe obciążenie obwodowe ściany, a także jako pomoc projektową w celu uzyskania optymalnej kombinacji materiałów pod kątem mechanicznym. Podsumowując, wyniki wskazały, że poprzez zmianę właściwości poszczególnych warstw można zaprojektować przeszczep naśladujący strukturę trójwarstwową.

Celem niniejszego badania było odtworzenie naturalnej, trójwarstwowej architektury ściany tętnicy. W tym celu zastosowano elektroprzędzenie z wykorzystaniem dyszy 3-1 (wejście-wyjście) oraz mieszanin polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu.

Trójwarstwowe elektroprzędzenie w celu naśladowania natywnej architektury tętnicy z wykorzystaniem polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu: badanie wstępne

W całej tętnicy natywnej kolagen i elastyna odgrywają istotną rolę, zapewniając szkielet mechaniczny, zapobiegając pękaniu naczyń oraz wspomagając regenerację ...

Ogólnym celem następnego eksperymentu jest zaobserwowanie, w jaki sposób zmiany właściwości materiałowych różnych warstw mogą wpływać na ogólne właściwości mechaniczne przeszczepu. Osiąga się to poprzez przygotowanie roztworów polimerów naturalnych i syntetycznych w celu zapewnienia optymalnych parametrów elektroprzędzenia. W drugim kroku roztwory należy połączyć w określonych proporcjach, co zapewni pożądaną zmianę właściwości materiałowych.Następnie roztwory należy poddać elektroprzędzeniu na kolec cylindryczny, aby stworzyć strukturę wielowarstwową o zróżnicowanych właściwościach mechanicznych. Otrzymane wyniki wykazują zmiany w właściwościach mechanicznych w oparciu o podatność, wytrzymałość na rozerwanie, wytrzymałość na wyrwanie szwów, jednowymiarowe testy rozciągania oraz analizę matematyczną. Cześć, nazywam się Michael McClure.Dzisiaj opowiem Państwu o trójwarstwowym elektroprządanym gąbczastym rusztowaniu do przeszczepów naczyniowych. Jedną z głównych zalet naszej techniki w porównaniu z innymi metodami, takimi jak jednowarstwowe przeszczepy naczyniowe, jest możliwość precyzyjnego dostrojenia właściwości materiałowych poszczególnych warstw, co wpływa na ogólne właściwości

tri-layered-electrospinning-to-mimic-native-arterial-architecture

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Trójwarstwowe wirowanie elektrospiningowe w celu naśladowania natywnej architektury tętnic przy użyciu polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu: wstępne badanie

W niniejszym artykule omówiono proces elektroprzędzenia polimerów do inżynierii tkankowej i hodowli komórkowych. W szczególności opisano elektroprzędzenie makromerów fotoreaktywnych z dodatkowymi możliwościami przetwarzania w postaci fotopatronowania oraz elektroprzędzenia wielopolimerowego.

Elektroprzędzenie włóknistych rusztowań polimerowych do inżynierii tkankowej i hodowli komórkowych

Rusztowania otrzymane metodą elektroprzędzenia mogą być poddawane obróbce po produkcji w celu zastosowania ich w inżynierii tkankowej. W niniejszym opracowaniu opisujemy metody przędzenia złożonych rusztowań (poprzez przędzenie sekwencyjne), tworzenia rusztowań o większej grubości (poprzez nakładanie wielu warstw z wykorzystaniem wyżarzania termicznego lub parowego), zapewniania sterylności (produkcja aseptyczna lub sterylizacja po produkcji) oraz uzyskiwania odpowiednich właściwości...

Obróbka potransprodukcyjna włókien otrzymywanych metodą elektroprzędzenia do inżynierii tkankowej

Zgłoszono syntezę i wytwarzanie długich włókien elektroprzędzionych obejmujących większy obszar złoża za pomocą nowo zaprojektowanego kolektora z nowego biodegradowalnego polimeru o nazwie poli(dodekanian glicerolu) (PGD). Włókna były w stanie wspierać wzrost komórek pochodzących z pluripotencjalnych komórek macierzystych myszy.

Elektroprzędzone rusztowania włókniste z poli(dodekanodianu glicerolu) do inżynierii tkanek nerwowych z embrionalnych komórek macierzystych myszy

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania elektroprzędzonych rusztowań z nanowłókien o stopniowanej organizacji włókien i badamy ich zastosowania w regulacji morfologii/orientacji komórek. Gradienty w odniesieniu do właściwości fizycznych i chemicznych rusztowań z nanowłókien oferują szeroką gamę zastosowań w dziedzinie biomedycyny.

Rusztowania z nanowłókien elektroprzędzonych z gradacją w organizacji włókien

Postępy w technologiach biomateriałów umożliwiają rozwój trójwymiarowych konstruktów wielokomórkowych. Opracowaliśmy protokoły elektroprzędzenia w celu wytworzenia trzech pojedynczych rusztowań do hodowli głównych komórek strukturalnych dróg oddechowych, aby zapewnić model 3D in vitro ściany oskrzelików dróg oddechowych.

Dostosowanie procesu elektroprzędzenia w celu zapewnienia trzech unikalnych środowisk dla trójwarstwowego modelu ściany dróg oddechowych in vitro

Dwu- i trójwymiarowe superhydrofobowe materiały polimerowe są przygotowywane przez elektroprzędzenie lub elektronatryskiwanie biodegradowalnych polimerów zmieszanych z polimerem o niższej energii powierzchniowej o podobnym składzie.

Wytwarzanie superhydrofobowych materiałów polimerowych do zastosowań biomedycznych

Ten protokół służy jako kompleksowa wytyczna do wytwarzania rusztowań za pomocą elektroprzędzenia z polimerami stopionymi w trybie bezpośredniego zapisu. Systematycznie nakreślamy proces i definiujemy odpowiednie ustawienia parametrów w celu osiągnięcia docelowych architektur rusztowań.

Zapis elektroprzędzenia ze stopu trójwymiarowych rusztowań poli(ε-kaprolaktonu) z kontrolowanymi morfologiami do zastosowań w inżynierii tkankowej

Tutaj prezentujemy zmodyfikowaną metodę elektroprzędzenia do wytwarzania przeszczepów naczyniowych PCL z grubymi włóknami i dużymi porami, oraz opisujemy protokół oceny wydajności in vivo w szczurzym modelu wymiany aorty brzusznej.

Implantacja elektroprzędzonych przeszczepów naczyniowych o zoptymalizowanej strukturze w modelu szczurzym

Ten artykuł demonstruje technikę rozbudowy tradycyjnej, dwuwymiarowej (2D) elektroprzędzonej maty z nanowłókien w trójwymiarowe (3D) rusztowanie poprzez rozhermetyzowanie podkrytycznego płynu CO2. Te rozszerzone rusztowania są 3D, ściśle naśladują komórkowe wskazówki nanotopograficzne i zachowują funkcje cząsteczek biologicznych zamkniętych w nanowłóknach.

Ekspansja dwuwymiarowych mat z nanowłókien elektroprzędzonych do rusztowań trójwymiarowych

Przedstawiona metoda oferuje innowacyjny sposób inżynierii biomimetycznych struktur włókien w trójwymiarowych (3D) rusztowaniach (np. listkach zastawek serca). 3D wydrukowane, przewodzące geometrie zostały użyte do określenia kształtu i wymiarów. Orientacja i charakterystyka włókien były indywidualnie regulowane dla każdej warstwy. W jednej konfiguracji można wyprodukować wiele próbek.

Połączenie druku 3D i elektroprzędzenia w celu produkcji biomimetycznych listków zastawek serca

Poznaj trójwarstwowe elektroprzędzenie tętnic z polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu. Ta metoda pozwala naśladować natywną architekturę ściany tętniczej i dostosować właściwości mechaniczne poszczególnych warstw.

Trójwarstwowe elektroprzędzenie w celu naśladowania natywnej architektury tętnic przy użyciu polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu: badanie wstępne (Wideo) | JoVE Journal

Trójwarstwowe elektroprzędzenie w celu naśladowania natywnej architektury tętnicy z wykorzystaniem polikaprolaktonu, elastyny i kolagenu: badanie wstępne

Przeglądaj więcej filmów