Summary
इस अध्ययन का उद्देश्य देशी धमनियों की दीवार के तीन स्तरित वास्तुकला की नकल था. यह पूरा करने के लिए, electrospinning एक 3-1 नोक (इनपुट आउटपुट) के उपयोग के साथ नियोजित किया गया था और polycaprolactone, elastin और कोलैजेन के मिश्रणों.
Abstract
देशी धमनी के दौरान, कोलेजन और elastin एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, एक यांत्रिक रीढ़ प्रदान पोत टूटना को रोकने, और काँपने के गुणवाला विरूपण के तहत वसूली को बढ़ावा देने. इस अध्ययन का लक्ष्य electrospun बहुस्तरीय elastin के अलावा और 45-45-10 के मिश्रणों, 55-35 साथ कोलेजन के साथ (caprolactone) पाली (PCL) की रचना की नाली fabricating द्वारा देशी धमनी की संरचना की नकल करने के लिए गया था - 10, और 65-25-10 PCL ELAS - सीओएल देशी धमनियों के ऊतकों के संकेत यांत्रिक गुणों को प्रदर्शित करने के लिए, जबकि शेष ऊतक उत्थान के लिए अनुकूल है. पूरे grafts और व्यक्तिगत परतों अक्षीय तनन परीक्षण, गतिशील अनुपालन, सिवनी प्रतिधारण, और शक्ति फट का उपयोग विश्लेषण किया गया. अनुपालन के परिणामों से पता चला है कि मध्यम / औसत दर्जे परत परिवर्तन पूरे भ्रष्टाचार अनुपालन 0.8 से लेकर मूल्यों के साथ समग्र भ्रष्टाचार व्यवहार बदल - MPa 11.8 - 2.8% / 100 mmHg है, जबकि एक अक्षीय परिणाम 2.0 के एक औसत मापांक रेंज का प्रदर्शन किया. दोनों मापांक और अनुपालन डेटा प्रदर्शित देशी धमनी की सीमा के भीतर मान. गणितीय मॉडलिंग करने के लिए दिखाने के लिए कैसे परत कठोरता में परिवर्तन समग्र परिधीय दीवार तनाव को प्रभावित है, और के रूप में एक डिजाइन सहायता प्राप्त करने के लिए सबसे अच्छा सामग्री के यांत्रिक संयोजन लागू किया गया था. कुल मिलाकर, परिणाम संकेत दिया है कि भ्रष्टाचार के लिए परत गुण बदलकर एक त्रि स्तरित संरचना की नकल करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है है.
Protocol
- पहले electrospinning, कोलेजन, 6 महीने के गोजातीय corium से, एसिटिक एसिड आधारित प्रक्रिया का उपयोग कर निकाला जा चाहिए. इस निकाले कोलेजन तो dissolutions, precipitations, और dialyses के बाद में एक श्रृंखला के माध्यम से शुद्ध होता है. एक बार कोलेजन lyophilized है, electrospinning प्रक्रिया शुरू कर सकते हैं.
- Polycaprolactone (PCL), elastin (ELAS), और कोलेजन (सीओएल): तीन सामग्री जमा कर रहे हैं. इन सामग्रियों को अलग - अलग में भंग कर दिया जाएगा है 100 मिलीग्राम / एमएल, 200 मिलीग्राम / एमएल, और 70 मिलीग्राम / एमएल क्रमशः, की सांद्रता में 1,1,1,3,3,3 hexafluoro-2-propanol (एचपीएफ, TCI अमेरिका).
- सामग्री के पांच अलग जगमगाहट शीशियों में 98-2-0 का बड़ा अनुपात में मिश्रित कर रहे हैं (intima) PCL ELAS - सीओएल, 45-45-10, 55-35-10, 65-25-10 PCL ELAS - सीओएल (मीडिया), और 70-0-30 PCL ELAS - सीओएल (adventitia).
- अक्षीय तनन परीक्षण और व्यक्तिगत परत अनुपालन परीक्षण के लिए, सामग्री के प्रत्येक व्यक्तिगत electrospun था, जबकि फट, सिवनी, प्रतिधारण, और अनुपालन परीक्षण के लिए बहुस्तरीय संवहनी grafts एक 3 करने के लिए 1 विन्यास से electrospun थे. Uniaxial खिंचनेवाला परीक्षण scaffolds फ्लैट और आयताकार थे (2.5 सेमी चौड़ी x 10.2 सेमी x 0.3 सेमी मोटी) के बाद से 2 मिमी व्यास के लिए अलग - अलग परतों और बहुस्तरीय grafts electrospin किया mandrels भी नमूने परीक्षण छिद्रण के लिए छोटे थे.
- दोनों व्यक्तिगत और बहु परत electrospinning के लिए, बहुलक समाधान एक प्लास्टिक 3 मिलीलीटर Becton Dickinson सिरिंज में एक 18 पण कुंद की नोक सुई के साथ भरी हुई थी, और एक सेट औषधालय दर पर एक सिरिंज पंप पर रखा. व्यक्तिगत electrospinning दर 4 मिलीलीटर / घंटा करने के लिए सेट किया गया है, जबकि बहुस्तरीय electrospinning दरों संक्रमण और परत के आधार पर विविध थे. प्रवाह दरों और मात्रा जैसे थे: intima 4 मिलीग्राम / घंटा की दर पर electrospun थी और 0.5 मिलीलीटर की एक मात्रा 0.2 मिलीलीटर के लिए 2 मिलीलीटर / प्रत्येक घंटा में दोनों intimal और औसत दर्जे का सीरिंज के संक्रमण के संयोजन द्वारा पीछा किया. intimal सिरिंज तो बंद किया गया था और औसत दर्जे परत 4 में 0.6 मिलीलीटर के लिए स्पिन की अनुमति दी गई थी / एमएल घंटा बहुलक समाधान के 0.2 मिलीलीटर के लिए मीडिया और adventitia के बीच एक 2 / एमएल घंटा प्रत्येक संक्रमण द्वारा पीछा किया. अंत में, मीडिया को बंद कर दिया था और adventitia 4 मिलीग्राम / घंटा में 0.4 मिलीलीटर के लिए स्पिन की अनुमति दी गई थी.
- सभी नमूनों किसी भी परीक्षण करने के लिए 1 से पहले 18 घंटे के लिए 50 मिमी EDC में पार जुड़ा हुआ है.
- Uniaxial खिंचनेवाला परीक्षण छह नमूने पर 24 घंटे के लिए एक electrospun पीबीएस में हाइड्रेटेड चादर से प्रदर्शन किया गया था. "कुत्ते की हड्डी" आकार के नमूने electrospun मैट से मुक्का मारा गया और एक टन Bionix 200 एक 100 एन लोड सेल और 10.0 मिमी / मिनट की एक विस्तार दर के साथ परीक्षण प्रणाली पर परीक्षण किया गया. पीक तनाव, मापांक, और तोड़ने में तनाव TestWorks 4 संस्करण का उपयोग कर की गणना थे.
- सीवन प्रतिधारण परीक्षण छह अलग electrospun grafts से छह 2 मिमी भीतरी व्यास ट्यूबलर नमूने, 37 में पीबीएस में 24 घंटे के लिए भिगो ° सी, एक 50 एन लोड सेल (टन सिस्टम कार्पोरेशन) और के साथ एक टन Bionix 200 परीक्षण प्रणाली पर पर प्रदर्शन किया गया था 150.0 मिमी / मिनट की एक प्रक्रिया भर में सीधे अमेरिकी राष्ट्रीय मानक संस्थान 2 में वर्णित के अनुसार विस्तार की दर . 5-0 वाणिज्यिक पीडीएस द्वितीय बैंगनी monofilament सीवन नमूने के अंत से 2 मिमी रखा गया था और विस्तारित जब तक सीवन भ्रष्टाचार के माध्यम से खींच लिया था. पीक लोड ग्राम बल में दर्ज की गई थी TestWorks 4 संस्करण का उपयोग कर.
- फट शक्ति परीक्षण छह नमूने पर छह अलग electrospun grafts से प्रदर्शन किया गया था. फट ट्यूबों, लंबाई में 2-3 सेमी, पीबीएस में हाइड्रेटेड थे, 1.5 मिमी व्यास डिवाइस से जुड़ा है, और 2-0 रेशम सीवन के साथ सुरक्षित निपल्स पर फिट है. एयर सिस्टम में पेश किया गया था, 5 mmHg / एस के दर पर दबाव बढ़ रही है जब तक ट्यूब फट 2. परिणाम mmHg में दबाव ट्यूब पर जो उठी के रूप में रिपोर्ट कर रहे हैं.
- गतिशील अनुपालन छह 2 मिमी भीतरी व्यास ट्यूबलर नकली शारीरिक शर्तों के तहत 3 सेमी की लंबाई में छह अलग electrospun grafts से लिया grafts के लिए निर्धारित किया गया था. दोनों अलग - अलग परतों और बहुस्तरीय ट्यूबलर constructs electrospun और एक ही परिस्थितियों में परीक्षण किया गया. नमूनों एक इंटेलिजेंट ऊतक इंजीनियरिंग में यांत्रिक उत्तेजना (वस्तुओं) ऊतक वृद्धि 37 में पीबीएस से भरा टेक्नोलॉजीज द्वारा विकसित bioreactor डिग्री सेल्सियस के माध्यम से परीक्षण किया गया bioreactor प्रदान एक 1Hz चक्रीय दबाव भ्रष्टाचार के अंदर बदलने, जहां 90/50 के तीन अलग दबाव का स्तर, 120/80, और 150/110 mmHg सिस्टोलिक / डायस्टोलिक 2 की जांच की गई 3 .
प्रतिनिधि परिणाम
जब electrospinning प्रोटोकॉल सही ढंग से बाहर किया जाता है, अंत उत्पाद परतों के बीच delamination का कोई प्रारंभिक लक्षण के साथ एक नरम, सीमलेस ट्यूब होना चाहिए. जब एक अक्षीय तन्यता परीक्षण, परीक्षण शक्ति फट, सिवनी प्रतिधारण परीक्षण, और अनुपालन परीक्षण प्रदर्शन कर रहे हैं, परिणामों से संकेत मिलता चाहिए कि के रूप में औसत दर्जे परत कठोरता बढ़ जाती है, elastin के कम मात्रा के साथ जुड़े यांत्रिक गुणों एक stiffer ट्यूब का प्रदर्शन करना चाहिए.
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Discussion
इस अध्ययन का सबसे महत्वपूर्ण भाग electrospinning प्रक्रिया है. जब एक 3-1 इनपुट - आउटपुट नोक का उपयोग arching और प्रभारी नुकसान होने पर हो सकती है. यदि यह होती है, बहुलक है कि कताई है के साथ जुड़े वोल्टेज वेल्डेड, "गीले" फाइबर के कारण और तीन परतों में से प्रत्येक के बीच delamination बनाने में कमी होगी. इसलिए, लगातार बिजली क्षमता के लिए एक आदर्श बहुस्तरीय ट्यूब प्राप्त करने के लिए आवश्यक हैं.
अनुपालन बेमेल छोटे व्यास स्तर पर भ्रष्टाचार रोड़ा के मुख्य कारणों में से एक है. एक बहुस्तरीय संवहनी भ्रष्टाचार का विकास कुछ है कि प्राकृतिक देशी धमनी के biomechanics और वास्तुकला की नकल सकता है की दिशा में दर्जी भ्रष्टाचार गुणों के लिए क्षमता प्रदान करता है. भविष्य में एक बहु स्तरित संवहनी भ्रष्टाचार प्रगति प्रसंस्करण में कदम के रूप में, हमारी प्रयोगशाला परतों के delamination के रूप में संभव सीमाओं की जांच जबकि पाड़ सेलुलर घुसपैठ के लिए पर्याप्त ध्यान में लीन होना आकार के अलावा में गिरावट आए. इस परीक्षण के लिए, दोनों अकोशिकीय और इन विट्रो गिरावट अध्ययन में सेलुलर स्थिर और गतिशील संस्कृति के तहत प्रदर्शन किया जाएगा. इन परीक्षणों scaffolds के दोनों प्रवासी क्षमताओं और कैसे वे प्रभावी ढंग से शारीरिक शर्तों के तहत नीचा दिखाना होगा निर्धारित करेगा.
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Disclosures
कई लेखकों संयुक्त राज्य अमेरिका और अंतर्राष्ट्रीय विषय इस पांडुलिपि में प्रस्तुत प्रौद्योगिकी पेटेंट लंबित है, और इस तकनीक Organogenesis इंक के लिए लाइसेंस दिया गया है
Acknowledgments
हम वित्त पोषण के लिए अमेरिकन हार्ट एसोसिएशन संबद्ध मध्य अटलांटिक (0555407U, GLB) को धन्यवाद देना चाहूंगा.
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).
