Hydrożele kolagenowe

Hydrożele kolagenowe działają jak biologicznie kompatybilna trójwymiarowa struktura, podobna do tkanki natywnej, co ułatwia rozwój tkanki inżynieryjnej. Kolagen, główny składnik tych żeli, jest białkiem macierzy zewnątrzkomórkowej występującym w tkance łącznej. I jest używany do wytwarzania hydrożeli, które są sieciami polimerowymi 3D składającymi się głównie z wody. W tym filmie przedstawimy fizjologiczną rolę kolagenu, procedurę izolacji i przetwarzania kolagenu ze skóry świni, wytwarzanie hydrożeli z oczyszczonego białka i wreszcie niektóre zastosowania tych hydrożeli kolagenowych.

W macierzy zewnątrzkomórkowej tkanek łącznych znajdują się specyficzne komórki odpowiedzialne za większość produkcji kolagenu zwane fibroblastami. Komórki te syntetyzują długie, sztywne łańcuchy polipeptydowe. Które są składane w pojedyncze polimery uporządkowane w potrójnej helisie zwane cząsteczkami kolagenu. Cząsteczki kolagenu są następnie dalej wiązane w grubsze i większe fibryle, które są następnie jeszcze bardziej wiązane w większe włókna, aby zapewnić integralność strukturalną macierzy zewnątrzkomórkowej dla różnych obciążeń mechanicznych, jakie może ona doświadczyć. Różne konfiguracje kolagenu są wytwarzane w zależności od potrzeb mechanicznych określonych tkanek. Na przykład tkanka kostna wykorzystuje bardzo zwartą, intensywną sieć włókien, aby wytrzymać obciążenia mechaniczne. Jednak inne tkanki, takie jak ściana jelita, mają bardziej rozproszoną strukturę. Po wyekstrahowaniu z tkanki łącznej polimer kolagenu może być używany do tworzenia różnych materiałów. Ponieważ kolagen jest polimerem hydrofilowym, jest bardzo chłonny. W ten sposób może tworzyć hydrożel, który jest siecią polimerową zatrzymującą do 90% wody. Te sieci polimerowe są tworzone przez sieciowanie poszczególnych łańcuchów polimerowych przy użyciu różnych metod, takich jak chemiczne środki sieciujące, ciepło lub światło UV. Stopień usieciowania wpływa na właściwości mechaniczne hydrożelu. Dzięki temu materiały te mogą być wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań. Teraz, gdy zasady działania hydrożeli kolagenowych zostały wyjaśnione, przyjrzyjmy się, w jaki sposób kolagen jest ekstrahowany ze skóry świni i wykorzystywany do tworzenia hydrożelu.

Aby rozpocząć przetwarzanie kolagenu z próbki skórnej, najpierw opłucz ją w lodowatej wodzie destylowanej, a następnie użyj kremu do depilacji włosów, sierści lub włosów. Za pomocą jednosiecznej żyletki zeskrob próbkę z tkanki łącznej i tłuszczu, a następnie ponownie spłucz lodowatą wodą. Następnie pokrój próbkę skóry na centymetrowe kwadratowe kawałki. Aby usunąć rozpuszczalny materiał niezawierający kolagenu, najpierw odważ 5 gramów kwadratów skórnych na 50-mililitrową stożkową probówkę, a następnie dodaj 30 mililitrów lodowatego 0,5-molowego octanu sodu do każdej próbki. Następnie wymieszaj probówki w homogenizatorze stołowym. Po jednej minucie odrzucić supernatant i ponownie wymieszać próbki z lodowatym octanem sodu, co daje łącznie siedem cykli płukania. Po ostatnim płukaniu przepłukać próbkę w lodowatej wodzie destylowanej i wymieszać ją jeszcze raz, aby usunąć resztki octanu sodu. Następnie ściśnij próbkę do probówki, aby usunąć nadmiar płynu i przenieś każdą przetworzoną 5-gramową próbkę skórną do świeżych 50-mililitrowych stożkowych probówek. Aby wyekstrahować kolagen, przemyj próbkę dwukrotnie w 2 mililitrach 0,075 molowego buforu cytrynianu sodu na gram próbki. Odrzucić supernatanty i ściskać próbki po uprzednio wykazanym przemyciu. Po drugim przemyciu dodać świeżą porcję buforu cytrynianu sodu, a następnie wykonać sześć kolejnych cykli mieszania bez usuwania buforu między każdym cyklem. Teraz przenieś supernatanty do indywidualnych probówek zbiorczych i dodaj dodatkowy jeden mililitr molowego buforu cytrynianu sodu 0,075 na gram próbki przed wykonaniem końcowego cyklu mieszania. Następnie ponownie odwiruj supernatant w filtrze odśrodkowym, aby oczyścić wyekstrahowany kolagen. Na koniec przechowuj oczyszczony kolaż w temperaturze 4 stopni Celsjusza.

Teraz, gdy kolagen został oczyszczony, hydrożel kolagenowy może zostać wyprodukowany i wypełniony komórkami, aby utworzyć zmodyfikowany konstrukt tkankowy. Na początek dokładnie wymieszaj oczyszczony kolagen skórny w stożkowej tubce. Następnie dodaj komórki natychmiast do roztworu kolagenu i umieść go na lodzie. Odpipetuj lodowatą mieszaninę na sterylną, niepoddawaną hodowli tkankowej powierzchni, aby zminimalizować przyczepianie się i wzrost komórek poza żelem kolagenowym. Użyj końcówki pipety, aby równomiernie rozprowadzić roztwór. Pozostaw żel do polimeryzacji w temperaturze pokojowej przez około 10 do 15 minut. Następnie przykryj żele i przenieś je do inkubatora o temperaturze 37 stopni Celsjusza na dodatkowe 60 minut, aby zakończyć polimeryzację. Po polimeryzacji żel stanie się nieprzezroczysty. Po polimeryzacji dodaj od dwóch do trzech mililitrów pożywki. Następnie wypełniony hydrożel jest gotowy do użycia w badaniach kultur tkankowych.

Teraz, gdy nauczyłeś się konstruować hydrożele kolagenowe, przyjrzyjmy się kilku praktycznym zastosowaniom tych materiałów. Hydrożele kolagenowe są często używane do naśladowania tkanki natywnej, jak pokazano tutaj. Jednak zmiany w organizacji włókien kolagenowych mogą wystąpić w tkance naturalnej. W wyniku czego powstają wyrównane struktury. W rezultacie, zmodyfikowane matryce kolagenowe mogą być konstruowane w konfiguracjach losowych lub wyrównanych. Hydrożele kolagenowe są często stosowane jako rusztowania tkankowe do rozwoju sztucznych tkanek. Zapewniając dostosowaną trójwymiarową strukturę do zamieszkiwania komórek, macierz kolagenowa jest następnie reorganizowana, aby naśladować strukturę i funkcję prawdziwej tkanki. Na przykład rusztowania mogą być osadzone z osteoblastami, komórkami odpowiedzialnymi za tworzenie kości, aby zreorganizować macierz, aby bardziej przypominała strukturę i funkcję natywnej tkanki kostnej.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie Jowisza do hydrożeli kolagenowych. Powinieneś teraz zrozumieć strukturę kolagenu, sposób jego izolacji i wytwarzanie hydrożeli kolagenowych, a także ich różne zastosowania w dziedzinie bioinżynierii. Dzięki za oglądanie!