Tri-layered Electrospinning para Mimic Arquitetura Arterial nativos usando policaprolactona, elastina e colágeno: um estudo preliminar

O objetivo geral do experimento a seguir é observar como alterações nas propriedades dos materiais de diferentes camadas podem afetar as propriedades mecânicas globais do enxerto. Isso é alcançado pela preparação de soluções poliméricas naturais e sintéticas para fornecer parâmetros ideais de eletrofiação. Como segundo passo, as soluções devem ser combinadas em proporções específicas, o que proporcionará a alteração desejada nas propriedades dos materiais.

Em seguida, gire eletrostaticamente as soluções sobre um mandril cilíndrico para criar uma estrutura multicamada com propriedades mecânicas variáveis. São obtidos resultados que mostram alterações nas propriedades mecânicas com base na complacência, resistência à ruptura, retenção de sutura, ensaio de tração uniaxial e análise matemática. Olá, meu nome é Michael McClure.

Hoje falarei com vocês sobre a esponja eletrofiada em três camadas para enxertos vasculares. Uma das principais vantagens da nossa técnica em comparação com outras, como os enxertos vasculares singulares, é a capacidade de ajustar com precisão as propriedades dos materiais em camadas individuais, afetando assim as propriedades gerais do material ME. Antes do eletrofiação, extraia o colágeno do cório bovino de seis meses utilizando um processo baseado em ácido acético. Esse colágeno extraído é então purificado por meio de uma série subsequente de dissoluções, precipitações e diálise. Colete pelo menos 500 miligramas de colágeno liofilizado para o procedimento de eletrofiação.

Em seguida, utilizando um frasco de cintilação de 20 mililitros, prepare uma solução de 100 miligramas por mililitro de policaprolactona medindo 150 miligramas de pelotas de monômero e dissolvendo em 50 mililitros de 1,1,1,3,3,3-hexafluor-2-propanol. Usando o mesmo procedimento, prepare sete mililitros de elastina a 200 miligramas por mililitro e sete miligramas por mililitro de colágeno. Em seguida, utilize cinco frascos de cintilação e combine cinco mililitros totais das soluções de PCL, elastina e colágeno em cada frasco nas seguintes proporções volumétricas: 98:2:0 (PCL:elastina:colágeno), representando a íntima arterial; 45:45:10, 55:35:10 e 65:25:10 (PCL:elastina:colágeno), representando a média arterial; e 70:0:30 (PCL:elastina:colágeno), para a adventícia arterial.

Agora, utilizando uma agulha de ponta romba de 3 mililitros e calibre 18, carregue 3 mililitros da solução em uma bomba de seringa. Para as propriedades individuais de cada solução de PCL Elastina colágeno, defina a taxa de dispensação em 4 mililitros por hora, totalizando 3 mililitros.

Essas soluções serão eletrofiadas em um mandril retangular para projetar enxertos multicamadas com soluções poliméricas de elastina colágeno PCL. A taxa de eletrofiação variará conforme a transição e a camada eletrofiada, as soluções poliméricas para a íntima e quatro mililitros por hora e um volume de 0,5 mililitros, seguidos por uma transição combinando as seringas íntima e média usando 0,2 mililitros e taxa de eletrofiação de dois mililitros por hora cada. Em seguida, desligue a seringa íntima e eletrofie a camada média por 0,6 mililitros a quatro mililitros por hora.

A seguir, realize uma transição entre as seringas de meio e adventís com 0,2 mililitros de solução polimérica a uma taxa de dois mililitros por hora cada. Por fim, desligue a seringa de meio e continue a eletrofiação do adventís com 0,4 mililitros a quatro mililitros por hora. Após a eletrofiação, utilize EDC 50 milimolar em cada amostra e permita 18 horas para a reticulação antes de testes adicionais.

Para testar os materiais eletrofiados quanto aos parâmetros de tração uniaxial, primeiro hidrate a folha eletrofiada em 15 mililitros de PBS 1x por 24 horas em uma placa de Petri. Em seguida, utilizando um furador em formato de osso com comprimento útil de 7,5 milímetros e largura de 2,5 milímetros em seu ponto mais estreito, retire seis amostras da malha eletrofiada. Esse formato garantirá a ruptura do material em seu ponto mais estreito.

Em seguida, utilizando um sistema de testes MTS Bionics 200, teste as amostras BUN dos eletrodos com uma célula de carga de 100 N e uma taxa de extensão de 10 milímetros por minuto. Use o software de teste para calcular a tensão máxima, o módulo e a deformação na ruptura para cada produto individual de material. Para testar a retenção de sutura de enxertos multilamelares, colete seis espécimes tubulares diferentes de esponja eletroquímica com dois milímetros de diâmetro e três milímetros de comprimento, e mergulhe os espécimes em uma placa de Petri com PBS 1× por 24 horas em um incubador a 37 graus Celsius.

Em seguida, utilize uma célula de carga de 50 N e uma taxa de extensão de 150 milímetros por minuto. Para testar a retenção da sutura com o sistema biónico MTX 200, coloque um fio de sutura PDs comercial cinco zero. Dois monocatenários violeta.

Suture a dois milímetros da extremidade da amostra usando um paquímetro para medir e estender até que o ponto de ruptura seja atingido; registre a carga máxima em gramas-força utilizando o TestWorks, versão quatro. Para testar a resistência à ruptura em enxertos eletrofiados, colete outros seis espécimes tubulares eletrofiados com diâmetro de dois milímetros e comprimento entre dois a três centímetros, e hidrate-os em PBS por 24 horas a 37 graus Celsius. Após a hidratação, posicione o tubo sobre um bico com diâmetro de 1,5 milímetro acoplado ao dispositivo e fixe-o com um fio de seda número dois zero, fazendo um nó cirúrgico ao redor do enxerto e da extremidade do bico. Em seguida, introduza ar no sistema de ruptura e aumente a pressão a uma taxa de cinco milímetros de mercúrio por segundo até que os tubos sofram ruptura.

Colete dados sobre a resistência à ruptura como pressão em milímetros de mercúrio na qual os tubos se rompem. Por fim, avalie a complacência dinâmica obtendo seis enxertos tubulares com dois milímetros de diâmetro, retirados de seis enxertos eletrofiados diferentes, cortados em um comprimento de três centímetros. Hidrate as amostras em PBS por 24 horas.

A 37 graus Celsius. Ajuste os enxertos sobre um mamilo personalizado com diâmetro de 1,5 milímetro, fixando-os com um fio de seda número dois zero por meio de um nó cirúrgico. Coloque os enxertos em um biorreator inteligente para engenharia de tecidos por estimulação mecânica, desenvolvido pela Tissue Growth Technologies.

Encha o biorreator com 500 mililitros de PBS a 37 graus Celsius. Configure o biorreator para fornecer uma mudança cíclica de pressão de um hertz no interior do enxerto e teste três níveis diferentes de pressão: 90 sobre 50, 120 sobre 80 e 150 sobre 110 milímetros de mercúrio para as pressões sistólica e diastólica. Quando os protocolos de eletrofiação forem realizados corretamente, o produto final deverá ser um tubo macio e sem emendas, como visto aqui, sem sinais iniciais de desaminação entre as camadas.

Um tubo deslamelado é mostrado aqui para comparação. Esta imagem fornece informações sobre os valores do ensaio de tração axial UNI para tensão máxima tangencial e deformação na ruptura para camadas individuais íntima, média e adventícia contendo misturas específicas de PCL, elastina e colágeno. As tendências indicam aumento da tensão máxima e do módulo tangencial com o aumento do teor de PCL, enquanto a deformação na ruptura diminui. Os resultados de retenção de sutura são mostrados aqui, com E-P-T-F-E exibindo a maior retenção de sutura e a proporção 65 para 25 para 10 sendo a mais próxima ao padrão da veia safena, representado por uma linha tracejada. Artéria femoral de porco não viável e E-P-T-F-E foram testadas como comparação.

A pressão de ruptura, conforme mostrada neste gráfico, indica que os materiais 55 a 35 a 10 e 65 a 25 a 10 apresentam a maior pressão de ruptura. Isso é semelhante aos 1.600 milímetros de mercúrio exigidos pela American National Standards Institute para todos os enxertos vasculares destinados ao uso comercial. Por fim, testes de complacência determinados por radar interno em três pressões arteriais médias diferentes indicam como o aumento do teor de PCL apenas na camada média pode causar uma diminuição gradual da complacência para os três tipos de pressões fisiológicas. A parte mais crítica deste estudo é o processo legislativo.

Ao utilizar uma relação de entrada e saída de três para um, pode ocorrer perda de carga no bico. Se isso acontecer, a protuberância está associada a um polímero que está sendo eletrofiado no momento e também pode diminuir. Isso pode causar fibras úmidas soldadas e delaminação entre as três camadas.

Portanto, um potencial elétrico consistente é essencial ao realizar a eletrofiação de um enxerto vascular tri-lateral.