Summary
מטרת מחקר זה הייתה לחקות את הארכיטקטורה יליד three שכבות של דופן העורק. כדי להשיג זאת, electrospinning הועסק עם השימוש נחיר (קלט פלט) 3-1 תערובות של polycaprolactone, אלסטין, קולגן ו.
Abstract
לאורך עורק הילידים, קולגן ואלסטין לשחק תפקיד חשוב, מתן עמוד השדרה מכני, למנוע קרע בכלי, וקידום התאוששות תחת דפורמציות pulsatile. מטרת מחקר זה הייתה לחקות את המבנה של העורק על ידי הילידים בודה צינור רב שכבתית electrospun מורכב פולי (caprolactone) (PCL) עם תוספת של קולגן ואלסטין ו עם תערובות של 45-45-10, 55-35 - 10, ו-PCL 65-25-10 ELAS-COL להפגין תכונות מכניות מעיד על רקמת העורק הילידים, תוך שמירה תורמת התחדשות רקמות. שתלי שלמים שכבות בודדות נותחו באמצעות בדיקות מתיחה uniaxial, תאימות דינמי, אצירת תפר, וכוח פרץ. תוצאות היענות גילה כי שינויים השכבה האמצעית / המדיאלי השתנתה התנהגות שתל הכולל עם כל ערכי הציות שתל החל 0.8-2.8% / 100 מ"מ כספית, ואילו תוצאות uniaxial הפגינו מגוון מודולוס ממוצע של 2.0-11.8 מגפ"ס. שני נתונים מודולוס ותאימות מוצגים ערכים בטווח של עורק הילידים. מודלים מתמטיים יושמה כדי להראות עד כמה שינויים קשיחות השכבה משפיע על הלחץ הכולל הקיר ההיקפי, וכן סיוע בעיצוב כדי להשיג את השילוב הטוב ביותר מכניות של חומרים. בסה"כ, התוצאות הצביעו על כך שתל יכול להיות שנועד לחקות מבנה תלת שכבתית על ידי שינוי מאפייני השכבה.
Protocol
- לפני electrospinning, קולגן, מן גלד שור 6 חודשים, חייב להיות מופק באמצעות חומצה אצטית תהליך מבוסס. קולגן זה חילוץ ואז הוא מטוהרים באמצעות סדרה עוקבת של פירוק, precipitations ו dialyses. לאחר קולגן הוא lyophilized, תהליך electrospinning יכול להתחיל.
- שלושת החומרים הם התגודדו: polycaprolactone (PCL) ואלסטין (ELAS), וכן קולגן (COL). חומרים אלה יפורק בנפרד 1,1,1,3,3,3 hexafluoro-2-propanol (HFP, TCI אמריקה) בריכוזים של 100 מ"ג / מ"ל, 200 מ"ג / מ"ל, ו - 70 מ"ג / מ"ל, בהתאמה.
- החומרים הם התמזגו חמש צלוחיות scintillation שונים יחס נפח של 98-2-0 PCL-ELAS-COL (אינטימה), 45-45-10, 55-35-10, ו-PCL 65-25-10 ELAS-COL (התקשורת), ו-PCL 70-0-30 ELAS-COL (adventitia).
- עבור בדיקות מתיחה uniaxial ובדיקה הפרט שכבת תאימות, כל החומרים היה electrospun בנפרד, ואילו רב שכבתית שתלי כלי דם עבור פרץ, אצירת תפר, בדיקות תאימות היו electrospun מתצורת 3-1. Uniaxial בדיקות פיגומים מתיחה היו שטוחות מלבני (2.5 ס"מ x 10.2 ס"מ x 0.3 ס"מ עובי) מאז בקוטר 2 מ"מ mandrels משמש electrospin שכבות בודדות ורב שכבתית שתלי היו קטנים מדי חבטות דגימות הבדיקה.
- עבור electrospinning הפרט והן רב שכבתיים, פתרונות הפולימר הועמסו מזרק פלסטיק 3 מ"ל בקטון דיקינסון עם מחט קצה קהה-18 גייג', והניח על משאבת מזרק בקצב מרקחת להגדיר. שיעורי electrospinning בודדים הוקמו עד 4 מ"ל / שעה, ואילו רב שכבתית שיעורי electrospinning היו מגוונות בהתאם המעבר השכבה. שיעורי זרימה כרכים היו כאלה: אינטימה היה electrospun בשיעור של 4 מ"ל / שעה ואת נפח של 0.5 מ"ל ואחריו מעבר לשלב שני מזרקים intimal ו המדיאלי של 0.2 מ"ל של 2 מ"ל / שעה כל אחד. מזרק intimal נסגר אז לסירוגין השכבה המדיאלי הורשה ספין עבור 0.6 מ"ל ב 4 מ"ל / שעה ואחריו מעבר בין התקשורת adventitia עבור 0.2 מ"ל של תמיסת פולימר על כל 2 מ"ל / שעה. לבסוף, התקשורת הופסקה ואת adventitia הורשה ספין עבור 0.4 מ"ל ב 4 מ"ל / שעה.
- כל הדגימות היו צולבים ב 50 מ"מ EDC עבור 18 שעות לפני הבדיקה כל 1.
- בדיקות מתיחה uniaxial בוצעה על שש דגימות גיליון electrospun one hydrated ב PBS למשך 24 שעות. "עצם כלב" דגימות היו בצורת אגרוף מן המחצלות electrospun ונבדקו על מערכת Bionix 200 בדיקות MTS עם תא 100 N לטעון שיעור הרחבה של 10.0 מ"מ / דקה. מתח שיא, מודולוס, ומתח בהפסקה חושבו באמצעות גרסה TestWorks 4.
- בדיקות תפר השמירה בוצעה על שש דגימות 2 מ"מ קוטר פנימי צינורי משש שתלי electrospun שונה, ספוג PBS למשך 24 שעות ב 37 ° C, על מערכת Bionix 200 בדיקות MTS עם תא מטען 50 N (MTS Systems קורפ) ו שיעור הרחבה של 150.0 מ"מ / דקה בהתאם ישר ההליך המתואר American National Standards Institute 2. 5-0 מסחרי PDS השני תפר סגול monofilament הוצב 2 מ"מ מקצה המדגם הוארך עד תפר היה משך באמצעות השתל. עומס שיא נרשמה בכוח גרם להשתמש בגרסה TestWorks 4.
- כוח בדיקות פרץ בוצעה על שש דגימות משש שתלי electrospun שונים. צינורות פרץ, 2-3 ס"מ אורך, היו hydrated ב-PBS, מצויד מעל 1.5 מ"מ קוטר הפטמות המצורפת למכשיר, מאובטח עם תפר 2-0 משי. האוויר הוכנס למערכת, להגביר את הלחץ בשיעור של 5 מ"מ כספית / s עד הצינורות פרץ 2. התוצאות כפי שדווחו על הלחץ בו צינורות mmHg מקרע.
- תאימות דינמי נקבע לשישה 2 שתלי מ"מ קוטר פנימי צינורי נלקח מתוך שישה שתלי electrospun שונים באורך של 3 ס"מ תחת תנאים פיסיולוגיים מדומה. שתי שכבות בודדות ורב שכבתית בונה צינורי היו electrospun נבדק לפי אותם תנאים. הדגימות נבדקו בהנדסת רקמות באמצעות Intelligent bioreactor גירוי מכני (פריטים) שפותחה על ידי צמיחה טכנולוגיות רקמות מלא PBS על 37 ° C. Bioreactor סיפק מחזורית 1Hz לחץ לשנות לחלק הפנימי של השתל, שם שלוש רמות לחץ שונות של 90/50, 120/80, ו - 150/110 מ"מ כספית סיסטולי / דיאסטולי נחקרו 2, 3.
נציג תוצאות
כאשר הפרוטוקולים electrospinning מבוצעות כהלכה, המוצר הסופי צריך להיות צינור רכה, חלקה עם שום סימנים ראשונים של delamination בין השכבות. כאשר בדיקות מתיחה uniaxial, בדיקות חוזק פרץ, אצירת תפר בדיקות, בדיקות תאימות מבוצעות, התוצאות מצביעות על כך צריך את קשיחות השכבה המדיאלי הוא גדל, עם כמויות ירידה של אלסטין, תכונות מכניות הקשורים צריך להפגין צינור נוקשה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
החלק הקריטי ביותר של מחקר זה הוא תהליך electrospinning. בעת שימוש נחיר 3-1 קלט פלט, מקשת ואובדן תשלום עלולה להתרחש. אם זה קורה, מתח הקשור פולימר כי הוא מסתובב יקטין גרימת מרותך, "רטוב" הסיבים ויצירת delamination בין כל אחת משלוש שכבות. לכן, פוטנציאלים חשמליים עקביים הם חיוניים כדי להשיג צינור אידיאלי רב שכבתית.
התאמה Compliance הוא אחד הגורמים העיקריים חסימת השתל ברמה בקוטר קטן. פיתוח שתל רב שכבתית כלי הדם מספק את היכולת להתאים את המאפיינים שתל לקראת משהו שיכול לחקות את ביומכניקה טבעי ארכיטקטורה של העורק הילידים. כפי השלבים עיבוד התקדמות רב שכבתית שתל וסקולרית בעתיד, במעבדה שלנו תחקור מגבלות האפשר כגון delamination השכבות תוך הפיגום עובר השפלה בנוסף גודל הנקבוביות נאותה חדירת הסלולר. כדי לבחון זאת, הן acellular ו הסלולר במבחנה השפלה יבוצעו תחת תרבות סטטי ודינמי. בדיקות אלו יקבעו גם את יכולות הנדידה של פיגומים וכיצד יהיה יעיל לבזות בתנאים פיזיולוגיים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
מחברים אחדים ארצות הברית פטנטים בינלאומיים ממתינים הטכנולוגיה בנוגע שהוצגו כתב היד הזה, את הטכנולוגיה הזו כבר ברישיון כדי, organogenesis בע"מ
Acknowledgments
ברצוננו להודות איגוד הלב האמריקאי האמצע האטלנטי שותפים (0555407U, GLB) למימון.
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).
