Name: Obróbka poprodukcyjna włókien elektroprzędzonych dla inżynierii tkankowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-08-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 15 min 52 s
Description: Poznaj metody obróbki poprodukcyjnej włókien elektroprzędzonych dla inżynierii tkankowej, w tym warstwowanie, sterylizację i hodowlę komórek w warunkach dynamicznych.

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

Dziękujemy BBSRC za sfinansowanie studiów doktoranckich pana Frazer Bye.

<ol><li>Canton, I., McKean, R., Charnley, M., Blackwood, K., Fiorica, C., Ryan, A., MacNeil, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+an+Ibuprofen-releasing+biodegradable+PLA%2FPGA+electrospun+scaffold+for+tissue+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+bioengineering%22%5BJournal%5D)">Development of an Ibuprofen-releasing biodegradable PLA/PGA electrospun scaffold for tissue regeneration.</a> Biotechnology and bioengineering. 105, 396-408 (2010).</li>
<li>Blackwood, K., McKean, R., Canton, I., Freeman, C., Franklin, K., Cole, A., Brook, I., Farthing, P., Rimmer, S., Haycock, J., Ryan, A., MacNeil, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+biodegradable+electrospun+scaffolds+for+dermal+replacement%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Development of biodegradable electrospun scaffolds for dermal replacement.</a> Biomaterials. 29, 3091-3104 (2008).</li>
<li>Yang, F., Maurugan, R., Wang, S., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospinning+of+nano%2Fmicro+scale+poly%28L-lactic+acid%29+aligned+fibers+and+their+potential+in+neural+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Electrospinning of nano/micro scale poly(L-lactic acid) aligned fibers and their potential in neural tissue engineering.</a> Biomaterials. 26, 2603-2610 (2005).</li>
<li>Sittichokechaiwut, A., Edwards, J. H., Scutt, A. M., Reilly, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short+bouts+of+mechanical+loading+are+as+effective+as+dexamethasone+at+inducing+matrix+production+by+human+bone+marrow+mesenchymal+stem+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+Cell+Mater%22%5BJournal%5D)">Short bouts of mechanical loading are as effective as dexamethasone at inducing matrix production by human bone marrow mesenchymal stem cell.</a> Eur. Cell Mater. 20, 45-57 (2010).</li>
<li>Sill, T. J., von Recum, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospinning%3A+applications+in+drug+delivery+and+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Electrospinning: applications in drug delivery and tissue engineering.</a> Biomaterials. 29 (13), 1989-2006 (2008).</li>
<li>Deitzel, J., Kleinmeyer, J., Harris, D., Beck Tan, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+processing+variables+on+the+morphology+of+electrospun+nanofibers+and+textiles%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">The effect of processing variables on the morphology of electrospun nanofibers and textiles.</a> Polymer. 42, 261-272 (2001).</li>
<li>Fridrikh, S., Yu, J., Brenner, M., Rutledge, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+the+fiber+diameter+during+electrospinning%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+review+letters%22%5BJournal%5D)">Controlling the fiber diameter during electrospinning.</a> Physical review letters. 90, 1-4 (2003).</li>
<li>Fong, H., Chun, I., Reneker, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beaded+nanofibers+formed+during+electrospinning%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Beaded nanofibers formed during electrospinning.</a> Polymer. 40 (16), 4585-4592 (1999).</li>
<li>Selim, M., Bullock, A. J., Blackwood, K. A., Chapple, C. R., MacNeil, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Developing+biodegradable+scaffolds+for+tissue+engineering+of+the+urethra%5BTitle%5D)+AND+%22BJU+Int%22%5BJournal%5D)">Developing biodegradable scaffolds for tissue engineering of the urethra.</a> BJU Int. 107 (2), 296-302 (2010).</li>
<li>Tong, H. -W., Wang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+investigation+into+the+influence+of+electrospinning+parameters+on+the+diameter+and+alignment+of+poly%28hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate%29+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">An investigation into the influence of electrospinning parameters on the diameter and alignment of poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) fibers.</a> Journal of Applied Polymer Science. 120 (3), 1694-1706 (2011).</li>
<li>Tong, H. -W., Wang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospinning+of+poly%28hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate%29+fibrous+tissue+engineering+scaffolds+in+two+different+electric+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Engineering+%26+Science%22%5BJournal%5D)">Electrospinning of poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) fibrous tissue engineering scaffolds in two different electric fields.</a> Polymer Engineering & Science. 51 (7), 1325-1338 (2011).</li>
<li>Retzepi, M., Donos, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Guided+Bone+Regeneration%3A+biological+principle+and+therapeutic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+oral+implants+research%22%5BJournal%5D)">Guided Bone Regeneration: biological principle and therapeutic applications.</a> Clinical oral implants research. 21, 567-576 (2010).</li>
<li>Moreau, J., Caccamese, J., Coletti, D., Sauk, J., Fisher, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+engineering+solutions+for+cleft+palates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+oral+maxillofacial%22%5BJournal%5D)">Tissue engineering solutions for cleft palates.</a> Journal of oral maxillofacial. 65, 2503-2511 (2007).</li>
<li>Yang, F., Both, S., Yang, X., Walboomers, X., Jansen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+an+electrospun+nano-apatite%2FPCL+composite+membrane+for+GTR%2FGBR+application%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+biomaterialia%22%5BJournal%5D)">Development of an electrospun nano-apatite/PCL composite membrane for GTR/GBR application.</a> Acta biomaterialia. 5, 3295-3304 (2009).</li>
<li>Yoshimoto, H., Shin, Y., Terai, H., Vacanti, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+biodegradable+nanofiber+scaffold+by+electrospinning+and+its+potential+for+bone+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">A biodegradable nanofiber scaffold by electrospinning and its potential for bone tissue engineering.</a> Biomaterials. 24, 2077-2082 (2003).</li>
<li>Telemeco, T., Ayres, C., Bowlin, G., Wnek, G., Boland, E., Cohen, N., Baumgarten, C., Mathews, J., Simpson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+cellular+infiltration+into+tissue+engineering+scaffolds+composed+of+submicron+diameter+fibrils+produced+by+electrospinning%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+biomaterialia%22%5BJournal%5D)">Regulation of cellular infiltration into tissue engineering scaffolds composed of submicron diameter fibrils produced by electrospinning.</a> Acta biomaterialia. 1, 377-385 (2005).</li>
</ol>

Nie zgłoszono żadnych konfliktów interesów.

Elektroprzędzenie jest bardzo popularną techniką wytwarzania rusztowań w inżynierii tkankowej.14, 15, 16 Choć wytwarzanie podstawowych rusztowań elektroprzędzionych do celów eksperymentalnych jest stosunkowo proste, technika ta jest jednocześnie złożona i wieloaspektowa, z wieloma zmiennymi.6 Istnieje wiele badań opisujących, w jaki sposób parametry elektroprzędzenia determinują strukturę wytworzonego rusztowania. W niniejszym badaniu skupiono się na znaczących wyzwaniach po etapie produkcji, polega...

<table><tbody><tr><td>Kopolimer kwasu mlekowego i glikolowego (PLGA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kwas polimlekowy (PLA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>81273</td><td>Lepkość właściwa ~2.0dl/g</td></tr><tr><td>Poly &amp;#949;-kaprolakton</td><td>Sigma Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kopolimer poli(hydroksymaślanu-co-hydroksywalerianu) 12:1</td><td>Goodfellow</td><td>578-446-59</td><td>PHB88/PHV12</td></tr><tr><td>Dichlorometan</td><td>Sigma Aldrich lub Fisher</td><td>270997 lub D/1850/17</td><td>&amp;gt;99.8% zawiera 50-150ppm stabilizatora amylenowego</td></tr><tr><td>50 wielokolorowych balonów</td><td>Wilkinson&amp;#8217;s Hardware Stores Ltd.</td><td>0105790</td><td></td></tr><tr><td>Kozie przeciwkrólicze przeciwciała IgG (FC):FITC</td><td>AbDserotec</td><td>STAR121F</td><td></td></tr><tr><td>Królicze przeciwciała przeciwludzkie przeciwko alfa-elastynie</td><td>AbDserotec</td><td>4060-1060</td><td></td></tr><tr><td>Nakrętka z gwintem GL45 PP 2-portowa, opak. 2 szt.</td><td>SLS</td><td>1129750</td><td></td></tr><tr><td>Ddihydrochlorek 4&amp;#8242;,6-diamidyno-2-fenyloindolu (DAPI)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>32670</td><td></td></tr><tr><td>CellTracker green CMFDA</td><td>Invitrogen</td><td>C7025</td><td></td></tr><tr><td>CellTracker red CMTX</td><td>Invitrogen</td><td>C34552</td><td></td></tr></tbody></table>

obróbka potransprodukcyjna włókien otrzymywanych metodą elektroprzędzenia do inżynierii tkankowej

Postproduction Processing of Electrospun Fibres for Tissue Engineering

Elektroprzędzenie jest powszechnie stosowaną i wszechstronną metodą wytwarzania rusztowań (często biodegradowalnych) do trójwymiarowej inżynierii tkankowej.1, 2, 3 Wiele tkanek in vivo, takich jak skóra, pęcherz moczowy, dno miednicy, a nawet podniebienie twarde podczas wzrostu dzieci, ulega rozciąganiu dwuosiowemu w różnym stopniu. Wytwarzając rusztowania do tych celów, istnieje potrzeba opracowania struktur o odpowiednich właściwościach biomechanicznych (osiąganych z komórkami lub bez nich), które są sterylne i nadają się do użytku klinicznego. Celem niniejszej pracy nie jest ustalenie podstawowych parametrów elektroprzędzenia (ponieważ istnieje obszerna literatura na ten temat), lecz opisanie sposobu modyfikacji przędzionych rusztowań po ich wytworzeniu, aby dostosować je do potrzeb inżynierii tkankowej – w tym opracowano kwestie grubości, właściwości mechanicznych oraz sterylizacji (wymaganej do zastosowań klinicznych). Opisano również sposób hodowli komórek na rusztowaniach i poddawania ich odkształceniu dwuosiowemu w celu ich kondycjonowania do konkretnych zastosowań.
Elektroprzędzenie ma tendencję do wytwarzania cienkich arkuszy; w miarę jak kolektor elektroprzędzenia pokrywa się izolującymi włóknami, staje się on słabym przewodnikiem, co sprawia, że włókna przestają się na nim osadzać. Opisujemy zatem podejścia pozwalające na wytwarzanie grubszych struktur poprzez wyżarzanie termiczne lub w oparach, co zwiększa wytrzymałość rusztowań, lecz niekoniecznie ich elastyczność. Opisano również sekwencyjne przędzenie rusztowań z różnych polimerów w celu uzyskania złożonych struktur. Metodologie sterylizacji mogą niekorzystnie wpływać na wytrzymałość i elastyczność rusztowań. Porównujemy trzy metody pod kątem ich wpływu na właściwości biomechaniczne elektroprzędzionych rusztowań z kopolimeru kwasu mlekowego i glikolowego (PLGA).
Opisano obrazowanie komórek na rusztowaniach oraz ocenę produkcji białek macierzy pozakomórkowej (ECM) przez komórki na tych rusztowaniach. Hodowla komórek na rusztowaniach in vitro może zwiększyć wytrzymałość i elastyczność rusztowania, jednak literatura z zakresu inżynierii tkankowej wskazuje, że komórki hodowane w warunkach statycznych często nie produkują odpowiedniej ECM. Dostępnych jest niewiele systemów komercyjnych umożliwiających hodowlę komórek na rusztowaniach w dynamicznych reżimach kondycjonowania – przykładem jest Bose Electroforce 3100, który może być wykorzystany do realizacji programu kondycjonowania komórek w rusztowaniach unieruchomionych za pomocą uchwytów mechanicznych w komorze wypełnionej pożywką.4 Opisano podejście do budowy budżetowego bioreaktora do hodowli komórek służącego do kontrolowanej deformacji w 2 wymiarach. Wykazano, że w tych warunkach można indukować komórki do produkcji elastyny. Na koniec opisano ocenę właściwości biomechanicznych przetworzonych rusztowań hodowanych z komórkami lub bez nich.

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 biomechanicznych.

Obróbka potransprodukcyjna włókien otrzymywanych metodą elektroprzędzenia do inżynierii tkankowej

Elektroprzędzenie jest powszechnie stosowaną i wszechstronną metodą wytwarzania rusztowań (często biodegradowalnych) do trójwymiarowej inżynierii tkankowej.1, 2, 3 Wiele tkanek in vivo...

Celem niniejszej procedury jest wytworzenie biodegradowalnych rusztowań otrzymywanych metodą elektroprzędzenia, które mogą zostać poddane sterylizacji oraz uzyskać odpowiednią grubość i wytrzymałość mechaniczną niezbędną w klinicznej inżynierii tkankowej. Osiąga się to poprzez elektroprzędzenie polimerów biodegradowalnych w celu stworzenia pierwotnych architektur, które mogą być losowe, uporządkowane i zorientowane lub ułożone sekwencyjnie w warstwy. Drugim krokiem jest wprowadzenie modyfikacji po procesie przędzenia poprzez łączenie wielu warstw rusztowań i ich sterylizację.Następnie komórki nanosi się na rusztowania, a ich kondycję w trakcie i po hodowli poddaje się ocenie. Ostatnim etapem jest poddanie komórek reżimowi ćwiczeń, aby zasymulować stres fizjologiczny, z którym komórki zetkną się w organizmie, w celu przygotowania ich do transplantacji. Ostatecznie odpowiedź komórek na ćwiczenia możemy ocenić, mierząc ilość wytworzonej przez nie macierzy zewnątrzkomórkowej w odpowiedzi na napięcie dynamiczne.Technika ta jest wszechstronna i elastyczna, co pozwala na wytwarzanie szerokiej gamy rusztowań o właściwościach specjalnie zmodyfikowanych pod kątem wymaganego zastosowania. Na

postproduction-processing-of-electrospun-fibres-for-tissue-engineering

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Postprodukcyjne przetwarzanie włókien wytworzonych metodą przędzenia elektrospiningowego do inżynierii tkankowej

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

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

Techniki elektroprzędzenia pozwalają na tworzenie różnorodnych rusztowań nanowłóknistych do inżynierii tkankowej lub innych zastosowań. Opisujemy tutaj procedurę optymalizacji parametrów roztworu i aparatury do elektroprzędzenia w celu uzyskania włókien o pożądanej morfologii i orientacji. Przedstawiono również typowe problemy oraz techniki rozwiązywania problemów.

Podstawy elektroprzędzenia: optymalizacja parametrów roztworu i aparatury

Ten protokół łączy elektroprzędzenie i mikrosfery w celu opracowania rusztowań inżynierii tkankowej do kierowania neuronami. Czynnik wzrostu nerwów zamknięto w mikrosferach PLGA i elektroprzędzono w rusztowania włókniste z kwasem hialuronowym (HA).  Bioaktywność białka badano poprzez wysiewanie rusztowań pierwotnymi zwojami korzenia grzbietowego piskląt i hodowlę przez 4-6 dni.

Elektroprzędzenie Czynnik wzrostu uwalniający mikrosfery do włóknistych rusztowań

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

Opisano metody przygotowania wstrzykiwalnego żelu macierzy z tkanki decelularyzowanej oraz jego wstrzykiwania do mięśnia sercowego szczura in vivo.

Wytwarzanie biologicznych materiałów wstrzykiwalnych do inżynierii tkankowej mięśnia sercowego

Poznaj metody obróbki poprodukcyjnej włókien elektroprzędzonych dla inżynierii tkankowej, w tym warstwowanie, sterylizację i hodowlę komórek w warunkach dynamicznych.

Obróbka potransprodukcyjna włókien otrzymywanych metodą elektroprzędzenia do inżynierii tkankowej

Przeglądaj więcej filmów