Summary
Lo scopo di questo studio era quello di imitare il nativo tre architettura a strati della parete arteriosa. Per fare questo, electrospinning è stato impiegato con l'uso di un 3-1 (input-output) ugello e miscele di policaprolattone, elastina e collagene.
Abstract
In tutta l'arteria nativa, collagene ed elastina svolgono un ruolo importante, fornendo un backbone meccanica, impedendo la rottura nave, e la promozione di recupero ai sensi deformazioni pulsatile. L'obiettivo di questo studio era quello di riprodurre la struttura delle arterie native da fabbricare una realtà a più condotto elettrofilate composto di poli (caprolattone) (PCL) con l'aggiunta di elastina e collagene con miscele di 45-45-10, 55-35 - 10 e 65-25-10 PCL-ELAS-COL per dimostrare le proprietà meccaniche indicative di natale tessuto arterioso, pur rimanendo favorevole alla rigenerazione dei tessuti. Innesti interi e singoli strati sono stati analizzati utilizzando test uniassiale di trazione, compliance dinamica, ritenzione di sutura, e la resistenza allo scoppio. I risultati di conformità rivelato che le modifiche al livello medio / mediale cambiato il comportamento complessivo del trapianto con valori di tutto rispetto innesto compresi tra 0,8 - 2,8% / 100 mmHg, mentre i risultati monoassiale dimostrato una gamma media modulo di 2,0-11,8 MPa. Sia i dati modulo e la conformità dei valori visualizzati all'interno della gamma di arteria nativa. Modellistica matematica è stato implementato per mostrare come i cambiamenti nel livello di rigidità influenzano lo stress complessivo parete circonferenziale, e come un aiuto di progettazione per ottenere la migliore combinazione meccanica dei materiali. Nel complesso, i risultati hanno indicato che un innesto può essere progettato per imitare un tri-strato struttura alterando le proprietà dei livelli.
Protocol
- Prima di electrospinning, collagene, da 6 mesi corion bovina, deve essere estratto con un processo a base di acido acetico. Questo collagene estratto viene poi purificato attraverso una serie successiva di dissoluzioni, precipitazioni e dialisi. Una volta che il collagene è liofilizzato, il processo di electrospinning può iniziare.
- Tre materiali sono ammassati: policaprolattone (PCL), elastina (ELAS), e collagene (COL). Questi materiali saranno separatamente sciolto in 1,1,1,3,3,3 esafluoro-2-propanolo (HFP, TCI America) a concentrazioni di 100 mg / ml, 200 mg / ml, e 70 mg / ml, rispettivamente.
- I materiali sono miscelati in cinque fiale di scintillazione diversi rapporti volumetrici di 98-2-0 PCL-ELAS-COL (intima), 45-45-10, 55-35-10, 65-25-10 e PCL-ELAS-COL (media), e 70-0-30 PCL-ELAS-COL (avventizia).
- Per le prove di trazione uniassiale e singoli test di conformità di livelli, ciascuno dei materiali è stato singolarmente elettrofilate, mentre innesti vascolari multistrato per scoppiare, la ritenzione di sutura, ei test di conformità sono stati elettrofilate da una configurazione 3 a 1. Prove di trazione monoassiale ponteggi erano piatti e rettangolari (2,5 cm di larghezza x 10,2 cm di lunghezza x 0,3 cm di spessore) in quanto la mandrini da 2 mm di diametro utilizzato per electrospin singoli livelli e multilivello innesti erano troppo piccoli per la punzonatura dei campioni di prova.
- Per entrambi elettrofilatura singoli e multi-layer, le soluzioni polimeriche sono stati caricati in una siringa da 3 ml di plastica Becton Dickinson con un brusco punta dell'ago-18 calibro, e collocato su una pompa a siringa ad un tasso dispensario set. I singoli tassi di electrospinning sono stati fissati a 4 ml / h, mentre a più livelli i tassi electrospinning sono state variate in funzione di transizione e di livello. Portate e volumi sono stati come tale: l'intima era elettrofilate ad una velocità di 4 ml / ora e un volume di 0,5 ml seguito da una transizione combinando siringhe intimale e mediale per 0,2 ml a 2 ml / h ciascuno. La siringa intimale è stato poi spento e lo strato mediale è stato permesso di girare per 0,6 ml a 4 ml / h seguito da un passaggio tra media e avventizia per 0,2 ml di soluzione di polimero a 2 ml / ora ciascuno. Infine, il supporto è stato fermato e l'avventizia è stato permesso di girare per 0,4 ml a 4 ml / ora.
- Tutti i campioni sono stati reticolato in 50 mM EDC per 18 ore prima di ogni test 1.
- Prove di trazione uniassiale è stato eseguito su sei campioni per un foglio elettrofilate idratata in PBS per 24 ore. "Dog-osso" a forma di campioni sono state tagliate da stuoie elettrofilate e testato su un sistema Bionix MTS 200 test con una cella di carico di 100 N e un tasso di estensione di 10,0 mm / min. Tensione di picco, modulo, e la tensione a rottura sono stati calcolati utilizzando la versione TestWorks 4.
- Test di ritenzione sutura è stato eseguito su sei campioni di 2 mm di diametro interno tubolare da sei innesti elettrofilate diversi, immersi in PBS per 24 ore a 37 ° C, su un Bionix MTS 200 sistema di test con una cella di 50 N di carico (MTS Systems Corp.) e un tasso di estensione di 150,0 millimetri / min secondo il diritto attraverso procedura descritta nella American National Standards Institute 2. 5-0 commerciale PDS II sutura monofilamento viola è stato posto 2 mm dalla fine del campione e prorogato fino alla sutura aveva tirato attraverso l'innesto. Carico di picco è stato registrato in grammi-forza TestWorks utilizzando la versione 4.
- Forza di prova scoppio è stato eseguito su sei campioni provenienti da sei diversi innesti elettrofilate. Tubi di scoppio, 2-3 cm di lunghezza, sono stati idratati in PBS, dotato oltre 1,5 mm di diametro capezzoli collegare al dispositivo, e fissato con 2-0 sutura seta. Air è stato introdotto nel sistema, aumentando la pressione a una velocità di 5 mmHg / s fino a scoppiare i tubi 2. I risultati sono riportati come la pressione in mmHg in cui tubi rotti.
- Compliance dinamica è stata determinata per sei innesti 2 mm di diametro interno tubolare preso da sei innesti diversi elettrofilate ad una lunghezza di 3 cm sotto simulate condizioni fisiologiche. Entrambi i singoli livelli e costruisce tubi multistrato sono stati elettrofilate e testato nelle stesse condizioni. I campioni sono stati testati in un Tissue Engineering intelligente tramite stimolazione meccanica (articoli) bioreattore sviluppato da tecnologie per la crescita del tessuto riempito con PBS a 37 ° C. Il bioreattore fornito un 1Hz variazione ciclica della pressione all'interno del trapianto, dove sono stati indagati tre livelli diversi di pressione 90/50, 120/80 e 150/110 mmHg sistolica / diastolica 2, 3.
Rappresentante Risultati
Quando i protocolli electrospinning sono svolte correttamente, il prodotto finale dovrebbe essere un dolce, tubi senza saldatura senza segni iniziali di delaminazione tra gli strati. Quando le prove di trazione uniassiale, test resistenza allo scoppio, test di ritenzione di sutura, e test di conformità vengono eseguiti, i risultati devono indicano che la rigidità strato mediale è aumentato, con una quantità ridotta di elastina, le proprietà meccaniche associate dovrebbero dimostrare un tubo rigido.
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Discussion
La parte più importante di questo studio è il processo electrospinning. Quando si utilizza un 3-1 input-output ugello, inarcando e la perdita di carica si possono verificare. Se ciò si verifica, la tensione associata al polimero che è in rotazione diminuirà provocando saldati, "umido" fibre e la creazione di delaminazione tra ciascuno dei tre strati. Pertanto, in coerenza potenziali elettrici sono essenziali per ottenere un ideale multistrato del tubo.
Mancata corrispondenza di conformità è una delle principali cause di occlusione dell'innesto a livello di piccolo diametro. Lo sviluppo di una multi-layered graft vascolare offre la possibilità di personalizzare le proprietà del trapianto verso qualcosa che potrebbe imitare la biomeccanica naturale e l'architettura delle arterie native. Come fasi di elaborazione di un multistrato progresso vascolare del trapianto in futuro, il nostro laboratorio indagherà le possibili limitazioni come delaminazione degli strati, mentre il patibolo subisce degradazione oltre a un'adeguata dimensione dei pori per infiltrazione cellulare. Per verificare ciò, sia acellulari e cellulari in studi di degradazione in vitro saranno eseguiti sotto la cultura statica e dinamica. Questi test si determinano sia le capacità migratorie di ponteggi e di come effettivamente degradano in condizioni fisiologiche.
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Disclosures
Diversi autori hanno negli Stati Uniti e tecnologia in attesa di brevetto internazionale in materia presentati in questo manoscritto, e questa tecnologia è stato concesso in licenza a Organogenesi, Inc.
Acknowledgments
Vorremmo ringraziare l'American Heart Association Mid-Atlantic di affiliazione (0555407U, GLB) per il finanziamento.
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).
