Summary
本研究の目的は、動脈壁のネイティブ三層アーキテクチャを模倣することでした。これを達成するために、エレクトロスピニングは3-1（入力 - 出力）ノズルを使用することで採用し、ポリカプロラクトン、エラスチン、コラーゲンのブレンドされた。
Abstract
ネイティブ動脈を通じて、コラーゲンとエラスチンは、機械的なバックボーンを提供する血管の破裂を防止し、拍動性変形下での回復を促進する、重要な役割を果たす。本研究の目的は、45-45-10のブレンド、55から35とエラスチンとコラーゲンの添加によりポリ（カプロラクトン）（PCL）で構成される多層エレクトロ導管を作製することによって、ネイティブ動脈の構造を模倣することでした - 10、65-25-10 PCL - ELAS - COL組織再生に資する維持しながら、ネイティブ動脈組織を示す機械的性質を実証する。全体の移植と個々の層は、一軸引張試験、動的コンプライアンス、縫合糸の保持、および破裂強度を用いて分析した。 11.8 MPaの - 一軸結果が2.0の平均弾性率の範囲を明らかにしながら2.8パーセント/ 100 mmHgの、 - コンプライアンスの結果は、内側/中間層への変更は、0.8に至るまで全体の移植片のコンプライアンス値を持つ全体的な移植片の動作を変更したことを明らかにした。係数とコンプライアンスデータの両方がネイティブ動脈の範囲内の値を表示します。数学的モデリングは、層の剛性の変化が全体の円周方向壁応力をどのように影響するかを示すために、そして設計支援として、材料の最高の機械的な組み合わせを実現するために実装されました。全体的に、結果は、移植片がレイヤーのプロパティを変更することにより、三層構造を模倣するように設計することができることを示した。
Protocol
- エレクトロスピニングする前に、コラーゲンは、6ヶ月のウシ真皮から、酢酸ベースのプロセスを使用して抽出する必要があります。この抽出されたコラーゲンは、その後解散、沈殿、およびdialysisの複数形のそれに続く一連の精製される。一度コラーゲンを凍結乾燥され、エレクトロスピニングプロセスを開始できます。
- ポリカプロラクトン（PCL）、エラスチン（ELAS）、及びコラーゲン（COL）：3つの材料がたちこめている。これらの材料は別々にそれぞれ100 mg / mlの、200 mg / mlの、および70 mg / mlの濃度で1,1,1,3,3,3ヘキサフルオロ-2 - プロパノール（HFP、TCIアメリカ）に溶解されます。
- 材料は98-2-0 PCL - ELAS - COL（内膜）、45-45-10、55-35-10、および65-25-10 PCL - ELAS - COLの体積比が少なくとも5つの異なるシンチレーションバイアル中でブレンドされています（メディア）、および70-0-30 PCL - ELAS - COL（外膜）。
- バースト、縫合糸の保持、およびコンプライアンステストのための多層人工血管を3〜1構成からエレクトロスピニングされたまま一軸引張試験および個々の層のコンプライアンステストに、材料のそれぞれは、個別にエレクトロだった。一軸引張試験の足場が平坦で長方形であった（2.5 cm幅X 10.2 cm厚× 0.3 cmの長さ）個々の層と多層の移植をelectrospinするために使用される直径2mmのマンドレルからは、試験試料を打ち抜きのために余りに小さかった。
- 個々とマルチレイヤの両方エレクトロスピニングの場合は、ポリマー溶液は、18ゲージ鈍先端針付きプラスチック3ミリリットルBecton Dickinson社製の注射器に充填した、と一連の診療所の速度でシリンジポンプの上に置く。多層エレクトロレートは転移と層に応じて変化している間、個々のエレクトロスピニングのレートは、4ミリリットル/時間に設定されていました。流量とボリュームは、このような通りであった：内膜は4ミリリットル/時間の速度でエレクトロであり、0.5mlの容積は2ml /時間ごとに0.2 mlの内膜と中膜注射器の両方を組み合わせて、遷移が続きます。内膜注射器は、遮断され、内側層を2ml /それぞれの時間ではポリマーの溶液0.2mlに対して、メディアと外膜の間の遷移に続いて4ミリリットル/ hrで0.6ミリリットルのためにスピンさせた。最後に、メディアを停止し、外膜を4ml /時で0.4 mlのスピンさせた。
- すべてのサンプルは前にどんなテスト1〜18時間、50 mMのEDCで架橋された。
- 一軸引張試験は、24時間PBSで水和oneエレクトロスピニングシートから6つのサンプルで実施した。 "ドッグボーン"型のサンプルは、エレクトロマットから打ち抜き、100 Nのロードセルと10.0 mm /分の延長率とのMTS Bionix 200のテストシステムでテストされました。ピーク応力、弾性率、および破断時のひずみはTestWorksのバージョン4を用いて計算した。
- 縫合糸保持テストは、50 Nのロードセル（MTS Systems社）とMTS Bionix 200テストシステム上で37℃で24時間PBSに浸し、6種類のエレクトログラフト、° C、より6枚の内径管状試験片を実施したと米国規格協会2で説明した手順でストレートに基づき150.0ミリメートル/分の延長率。 5から0までの商業PDS II紫のモノフィラメント縫合糸は、試料の端から2 mmを配置し、縫合糸は、移植片を通して引っ張っていたまで延長された。ピーク負荷はTestWorksのバージョン4を使用してグラム - 力で記録された。
- 破裂強度試験は、6つの異なるエレクトロ移植から6つのサンプルで実施した。バーストチューブ、長さ2-3 cmは、デバイスに接続されている、と2から0絹縫合糸で固定さ1.5ミリメートル直径の乳首に装着、PBSで水和した。空気は、チューブは2バーストまでの5 mmHgの/ sの速度で圧力を増加させる、システムに導入されました。結果は、チューブが破裂したときのmmHgの中の圧力として報告されます。
- ダイナミックコンプライアンスは、シミュレートされた生理的条件下で3cmの長さで6種類のエレクトログラフトから取られた6枚の内径管状移植のために決定した。個々の層と多層のチューブ状構造の両方が、同じ条件下でエレクトロスピニングとテストされました。試料は37℃のPBSで満たした組織成長の技術により開発された機械的な刺激（ITEMS）バイオリアクター℃に介してインテリジェントティッシュエンジニアリングで試験したバイオリアクターは、移植片の内側に、50分の90の3つの異なる圧力レベル、80分の120に1Hzの周期的な圧力変化を提供し、110分の150 mmHgの収縮期/拡張期2を検討した、3。
代表的な結果
エレクトロスピニングのプロトコルが正しく行われている場合、最終製品は、ソフト、シームレス管の層の間に剥離のない初期の兆候としてください。一軸引張試験、破裂強度試験、縫合糸の保持テスト、およびコンプライアンスのテストが実行されると、結果は、内側層の剛性が増大するにつれて、エラスチンの減少量と、関連する機械的性質は、硬めのチューブを示す必要があることを示す必要があります。
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Discussion
この研究の最も重要な部分は、エレクトロスピニングプロセスです。 3月1日入力 - 出力のノズルを使用する場合は、アーチ形のと電荷損失が発生する可能性があります。これが発生した場合、回転しているポリマーに関連付けられている電圧は溶接、"ウェット"繊維を引き起こすと三層のそれぞれの間の剥離を作成し減少します。したがって、一貫性の電位は、理想的な多層チューブを得るために不可欠です。
コンプライアンスの不一致は、小径のレベルでグラフト閉塞の主な原因の一つです。多層人工血管を開発するには、ネイティブ動脈の自然な生体力学と建築を模倣できるようなものに向かって調整する移植片の特性機能を提供しています。足場は細胞浸潤のための十分な細孔サイズに加えて、劣化を受ける一方、将来における多層血管移植片の進行の処理ステップとして、私たちの研究室はこのような層の剥離可能な限り制限を調査します。これをテストするには、in vitroでの劣化試験における無細胞と細胞の両方は、静的および動的な文化の下で実行されます。これらのテストは、渡り鳥足場の機能とどのように効果的に生理的条件下で劣化させるの両方を決定します。
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Disclosures
何人かの著者は、米国および本稿で提示に関する技術を保留中の国際特許を持っている、そしてこの技術は、器官形成、（株）にライセンス供与されている
Acknowledgments
我々は、資金調達のために米国心臓協会中部大西洋のアフィリエイトを（0555407U、GLB）に感謝いたします。
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 |
References
- 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).
- Cardiovascular implants - Vascular graft protheses. VP20, AAMI Press. Bethesda, MD. (1994).
- 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).
