Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

ثلاثي الطبقات Electrospinning لتقليد العمارة الشرياني الأصلية باستخدام Polycaprolactone ، الإيلاستين ، والكولاجين : دراسة أولية

doi: 10.3791/2084 Published: January 4, 2011

Summary

كان الهدف من هذه الدراسة لتقليد الأصلي three العمارة الطبقات من جدران الشرايين. لإنجاز هذا ، كان يعمل مع electrospinning استخدام فوهة (المدخلات والمخرجات) 3-1 ، ومزيج من polycaprolactone ، الإيلاستين والكولاجين.

Abstract

طوال الشريان الأصلي ، والكولاجين والإيلاستين تلعب دورا هاما ، وتوفير العمود الفقري الميكانيكية ، ومنع تمزق السفينة ، وتعزيز الانتعاش تحت التشوهات نابض. كان الهدف من هذه الدراسة لتقليد بنية الشريان الأم عن طريق افتعال قناة electrospun متعدد الطبقات يتألف من بولي (caprolactone) (PCL) مع إضافة الإيلاستين والكولاجين مع مزيج من 45-45-10 ، 55-35 -- 10 ، و65-25-10 PCL - ELAS - COL لإثبات الخواص الميكانيكية للأنسجة الشرايين الإرشادية الأصلية ، في حين تبقى مواتية لتجديد الأنسجة. وقد تم تحليل ترقيع كله والطبقات الفردية باستخدام اختبار الشد أحادية المحور ، والامتثال دينامية ، والاحتفاظ خياطة ، وقوة الانفجار. وكشفت النتائج أن الامتثال تغييرات على طبقة وسطى / الإنسي تغيير السلوك الكسب غير المشروع الشامل مع كل القيم الامتثال الكسب غير المشروع تتراوح بين 0،8-2،8 ٪ / 100 ملم زئبقي ، بينما أظهرت النتائج أحادي المحور مجموعة معامل متوسط ​​2،0-11،8 ميغاباسكال. كل من معامل والامتثال البيانات المعروضة قيم داخل نطاق الشريان الأصلي. وقد نفذ النمذجة الرياضية لاظهار كيف يمكن للتغييرات في طبقة تؤثر على صلابة الشاملة الإجهاد الجدار كفافي ، ونتيجة لتصميم المساعدات لتحقيق أفضل مزيج الميكانيكية للمواد. عموما ، أشارت النتائج التي يمكن أن تكون مصممة لتقليد طعم هيكل ثلاثي الطبقات عن طريق تغيير خصائص الطبقة.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here
  1. قبل electrospinning ، والكولاجين ، من أدمة البقري 6 أشهر ، يجب أن يكون استخراجه باستخدام حمض الخليك عملية بناء. ثم وهذا هو تنقية الكولاجين المستخرجة من خلال سلسلة لاحقة من انحلال ، الامطار ، وغسيل الكلى. بمجرد مجفد الكولاجين ، ويمكن أن تبدأ عملية electrospinning.
  2. ثلاث مواد هي حشدت : polycaprolactone (PCL) ، الإيلاستين (ELAS) ، والكولاجين (العقيد). وسيتم حل هذه المواد بشكل منفصل في hexafluoro 1،1،1،3،3،3 - 2 - بروبانول (HFP ، جزر تركس وكايكوس الأمريكية) بتركيزات من 100 ملغ / مل ، و 200 ملغم / لتر ، و 70 ملغم / لتر ، على التوالي.
  3. يتم مزجها في خمس مواد مختلفة في قوارير التلألؤ النسب الحجمية من 98-2-0 PCL - ELAS - COL (البطانية) ، 45-45-10 ، 55-35-10 ، 65-25-10 وPCL - COL - ELAS (الإعلام) ، و70-0-30 PCL - ELAS - COL (البرانية).
  4. لاختبار الشد والفرد أحادي المحور اختبار الامتثال طبقة ، وكان كل من المواد electrospun فردي ، بينما electrospun متعددة الطبقات ترقيع الأوعية الدموية للانفجار ، والاحتفاظ خياطة ، واختبار الامتثال من تكوين 3 الى 1. أحادي المحور السقالات اختبار الشد كانت مسطحة ومستطيلة (2.5 سم X 10.2 سم طول × 0.3 سم) منذ مماسك بقطر 2 electrospin المستخدمة لطبقات الفردية والطعوم متعددة الطبقات كانت صغيرة جدا لكمة عينات الاختبار.
  5. لكلا electrospinning الفردية ومتعددة الطبقات ، وتحميل حلول البوليمر البلاستيكية الى حقنة 3 مل بيكتون ديكنسون بإبرة حادة - 18 عيار غيض ، ووضعها على مضخة الحقن في مجموعة معدل المستوصف. وحددت معدلات الفردية electrospinning إلى 4 مل / ساعة ، بينما تباينت معدلات electrospinning متعددة الطبقات بالاعتماد على التحول والطبقة. وكانت معدلات التدفق وحجم مثل : البطانية وكان electrospun بمعدل 4 مل / ساعة وبلغ حجم التداول 0.5 مل تليها مرحلة انتقالية تجمع بين كل من المحاقن باطنة وسطي ل0.2 مل في 2 مل / ساعة لكل منهما. ثم اغلقت المحقنة باطنة قبالة وسمح للطبقة وسطي لزيادة ونقصان عن 0.6 مل في 4 مل / ساعة تليها فترة انتقالية بين وسائل الإعلام والبرانية عن 0.2 مل من محلول البوليمر في كل مل / ساعة 2. أخيرا ، توقفت وسائل الإعلام وسمح للالبرانية تدور عن 0.4 مل في 4 مل / ساعة.
  6. وقد عبر ربط جميع العينات في EDC 50 ملم لمدة 18 ساعة قبل إجراء أي اختبار 1.
  7. أجري اختبار أحادي المحور الشد على ست عينات من ورقة electrospun one رطب في برنامج تلفزيوني لمدة 24 ساعة. "الكلب العظم" واللكم على شكل عينات من الحصير electrospun واختبارها على نظام Bionix MTS اختبار 200 مع 100 خلية تحميل N ونسبة 10.0 ملم تمديد / دقيقة. حسبت التوتر ذروته ، ومعامل ، والضغط على كسر به TestWorks الإصدار 4.
  8. وقد أجريت اختبارات الاحتفاظ الدرز على ست عينات 2 مم قطر داخلى أنبوبي من ستة ترقيع electrospun مختلفة ، غارقة في برنامج تلفزيوني لمدة 24 ساعة عند 37 درجة مئوية ، على نظام Bionix MTS اختبار 200 مع 50 خلية تحميل N (MTS نظم كورب) و معدل تمديد 150.0 مم / دقيقة وفقا للإجراءات مباشرة عبر وصفها في المعهد الأمريكي للمعايير الوطنية 2. وضعت 5-0 التجارية PDS حيدة البنفسج الثاني خياطة 2 مم من نهاية العينة ومددت حتى خياطة انسحبت من خلال الكسب غير المشروع. وقد سجلت الذروة في استخدام القوة ، غرام TestWorks الإصدار 4.
  9. أجري اختبار قوة الاندفاع في ست عينات من ستة electrospun الطعوم المختلفة. وكان انفجار الأنابيب ، 2-3 سم في الطول ، رطب في برنامج تلفزيوني ، تركيب أكثر من 1.5 مم الحلمات التي تعلق على الجهاز ، والمضمون مع خياطة الحرير 2-0. وقدم الهواء داخل النظام ، وزيادة الضغط بمعدل 5 ملم زئبقي / ثانية حتى تنفجر أنابيب 2. وأفادت النتائج على النحو مم زئبقي للضغط في الأنابيب التي تمزق.
  10. وتم تحديد ديناميكية الامتثال لمدة ستة ترقيع 2 مم قطر داخلى أنبوبي المتخذة من ستة ترقيع electrospun مختلفة بطول 3 سم تحت ظروف تحاكي الفسيولوجية. وكانت كل من طبقات electrospun الفردية ومتعددة الطبقات يبني أنبوبي واختبارها وفقا للشروط نفسها. تم اختبار عينات الأنسجة في الهندسة الميكانيكية الذكي عبر تفاعلات الاحيائية (البنود) حفز تطوير تكنولوجيات نمو الأنسجة مليئة PBS في 37 درجة مئوية. قدمت مفاعل حيوي ضغط دوري 1Hz التغيير من الداخل والكسب غير المشروع ، حيث جرى التحقيق في ثلاثة مستويات مختلفة من الضغط 90/50 ، 120/80 ، 150/110 مم زئبقي وضغط الدم الانقباضي / الانبساطي 2 ، 3.

ممثل النتائج

عندما يتم تنفيذ البروتوكولات electrospinning على نحو سليم ، ينبغي أن يكون الناتج النهائي لينة ، وأنبوب سلس مع عدم وجود العلامات الأولية للdelamination بين الطبقات. عندما يتم إجراء اختبارات الشد أحادية المحور ، واختبارات قوة الاندفاع ، واختبارات الأداء خياطة ، واختبارات الامتثال ، وينبغي أن النتائج تشير إلى أنه يتم زيادة صلابة طبقة وسطي ، مع انخفاض كميات الإيلاستين ، والخصائص المرتبطة بها يجب أن يبرهن على وجود ميكانيكية أشد الأنبوب.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

الجزء الأكثر أهمية من هذه الدراسة هو عملية electrospinning. عند استخدام 3-1 المدخلات والمخرجات الفوهة والظليل وفقدان تهمة قد تحدث. إذا كان هذا لا يحدث ، فإن الجهد المرتبطة البوليمر الذي يسبب انخفاض الغزل الملحومة ، "الرطب" ألياف وخلق delamination بين كل من ثلاث طبقات. لذلك ، إمكانات الكهربائية متسقة ضرورية للحصول على المثالية متعددة الطبقات الأنبوب.

تطابق الامتثال هي واحدة من الأسباب الرئيسية للإطباق الفساد على مستوى القطر الصغير. وضع الكسب غير المشروع متعدد الطبقات الأوعية الدموية يوفر القدرة على الكسب غير المشروع خصائص ترزي نحو شيء يمكن أن تحاكي الميكانيكا الحيوية الطبيعية والهندسة المعمارية من الشريان الأصلي. باعتبارها خطوات في معالجة متعددة الطبقات التقدم طعم الأوعية الدموية في المستقبل ، فإن التحقيق في مختبرنا القيود المحتملة مثل delamination من طبقات بينما يخضع سقالة التدهور بالإضافة إلى حجم المسام كافية للتسلل الخلوية. لاختبار هذا ، سيتم تنفيذ كل من ديكي والخلوية في الدراسات المختبرية في إطار تدهور الثقافة والدينامية. هذه الاختبارات سوف تحدد كلا من القدرات المهاجرة من السقالات ، وكيف أنها سوف تتحلل بشكل فعال في ظل الظروف الفسيولوجية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

العديد من الكتاب والولايات المتحدة وبراءات الاختراع الدولية المعلقة بشأن التكنولوجيا المقدمة في هذه المخطوطة ، وقد تم الترخيص لهذه التكنولوجيا لOrganogenesis ، وشركة

Acknowledgments

نود أن نشكر جمعية القلب الأميركية في منتصف المحيط الأطلسي انضم (0555407U ، GLB) للحصول على التمويل.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Polycaprolactone Sigma-Aldrich
Elastin Elastin Products Company
Collagen
Acetic Acid Fisher Scientific
Sodium Chloride Fisher Scientific
TRIS Fisher Scientific
6 L Avanti J-HC Centrifuge Beckman Coulter Inc.
1,1,1,3,3,3 hexafluoro-2-propanol TCI America
3 ml Becton Dickinson Syringe
CZE1000R Rack Mount Power Supply Spellman
High-Pressure Syringe Pump Cole-Parmer
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide Pierce, Thermo Scientific
70 % ethanol Sigma-Aldrich
ImageTool 3.0 software Shareware provided by UTHSCSA
Scanning Electron Microscope Carl Zeiss, Inc.
MTS Bionix 200 testing system MTS Systems Corp.
TestWorks version 4
Intelligent Tissue Engineering via Mechanical Stimulation (ITEMS) Bioreactor Tissue Growth Technologies

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. McClure, M. J., Sell, S. A., Barnes, C. P., Bowen, W. C., Bowlin, G. L. Cross-linking Electrospun Polydioxanone-Soluble Elastin Blends: Material Characterization. Journal of Engineered Fibers and Fabrics. 3, 1-10 (2008).
  2. Cardiovascular implants - Vascular graft protheses. VP20, AAMI Press. Bethesda, MD. (1994).
  3. McClure, M. J., Sell, S. A., Simpson, D. G., Walpoth, B. H., Bowlin, G. L. A three-layered electrospun matrix to mimic native arterial architecture using polycaprolactone, elastin, and collagen: A preliminary study. Acta Biomater. (2010).
ثلاثي الطبقات Electrospinning لتقليد العمارة الشرياني الأصلية باستخدام Polycaprolactone ، الإيلاستين ، والكولاجين : دراسة أولية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

McClure, M. J., Sell, S. A., Simpson, D. G., Walpoth, B. H., Bowlin, G. L. Tri-layered Electrospinning to Mimic Native Arterial Architecture using Polycaprolactone, Elastin, and Collagen: A Preliminary Study. J. Vis. Exp. (47), e2084, doi:10.3791/2084 (2011).More

McClure, M. J., Sell, S. A., Simpson, D. G., Walpoth, B. H., Bowlin, G. L. Tri-layered Electrospinning to Mimic Native Arterial Architecture using Polycaprolactone, Elastin, and Collagen: A Preliminary Study. J. Vis. Exp. (47), e2084, doi:10.3791/2084 (2011).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter