Generering av alginatmikrosfärer för biomedicinska tillämpningar
Summary
I de följande avsnitten, beskriva vi förfaranden för framställning av alginat mikrosfärer för användning i biomedicinska tillämpningar. Vi illustrerar speciellt en teknik för att skapa flera lager alginatmikrosfärer för det dubbla syftet att cell-och protein inkapsling som en potentiell behandling för typ 1 diabetes.
Abstract
Alginat-baserade material har fått stor uppmärksamhet för biomedicinska tillämpningar på grund av sin hydrofila natur, biokompatibilitet och fysisk arkitektur. Tillämpningar innefattar cellinkapsling, läkemedelstillförsel, stam cellkultur och vävnadsstöd teknik. I själva verket är kliniska försök för närvarande utförs i vilken cellöarna är inkapslade i PLO belagda alginat mikropärlor som en behandling av typ I-diabetes. Emellertid är ett stort antal cellöar som krävs för effektivitet på grund av dålig överlevnad efter transplantation. Förmågan att lokalt stimulera mikrovaskulär nätverksbildning runt inkapslade cellerna kan öka sin lönsamhet genom förbättrade transport av syre, glukos och andra viktiga näringsämnen. Fibroblast tillväxtfaktor-1 (FGF-1) är en naturligt förekommande tillväxtfaktor som har förmåga att stimulera bildningen blodkärl och förbättra syrenivåer i ischemiska vävnader. Effekten av FGF-1 förstärks när den levereras i ett Sustained sätt snarare än en enda stor-bolusadministrering. Den lokala långsiktiga frisättning av tillväxtfaktorer från ö inkapsling system kan stimulera tillväxten av blodkärl direkt mot de transplanterade cellerna, vilket kan förbättra funktionella transplantat resultat. I den här artikeln beskriva vi förfaranden för framställning av alginat mikrosfärer för användning i biomedicinska tillämpningar. Dessutom beskriver vi en metod som vi utvecklat för att skapa flerskiktade alginat mikropärlor. Celler kan inkapslas i den inre alginat kärnan, och angiogena proteiner i det yttre skiktet alginat. Frisläppandet av proteiner från detta yttre lagret skulle stimulera bildandet av lokala mikrovaskulära nät direkt mot de transplanterade öarna.
Protocol
Discussion
Alginat är en naturlig, sur polysackarid extraherad från alger och är sammansatt av enheter av 1,4 '-β-D-mannuronsyra (M) och α-L-guluronsyra (G) 2,3. Enkel gelning inträffar när tvåvärda katjoner, såsom Ca 2 +, Sr 2 + eller Ba2 + interagera med G-monomerer som bildar joniska bryggor mellan intilliggande alginat kedjor. Mikropärlor av alginat har använts för att leverera en mångfald proteiner, inklusive fibroblast tillväxtfaktor-1 (FGF-1), nervtillväxtfakto…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie stöddes av US Department of Veterans Affairs (Washington DC), bidrag 0852048 och 0731201 och 0.854.430 från National Science Foundation (Arlington, VA), och bidrag RO1 DK080897 från National Institutes of Health (Bethesda, MD) . Mr Khanna fick stöd från en generös donation av Mr Edward Ross och Dr Monica Moya från Bill & Melinda Gates Foundation (Seattle, WA).
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Pronova Ultrapure LVG alginate | Nova-Matrix | 4200006 | A variety of alginate formulations are available. The choice of alginate influences the end properties of the microbeads, including size, mechanical properties, and transport. The composition used should be optimized for a given application. |
| Pronova Ultrapure LVM alginate | Nova-Matrix | 4200206 | A variety of alginate formulations are available. The choice of alginate influences the end properties of the microbeads, including size, mechanical properties, and transport. The composition used should be optimized for a given application. |
| Poly-L-ornithine hydrochloride | Sigma-Aldrich | P2533 |
References
- Darrabie, M. D., Kendall, W. F., Opara, E. C. Characteristics of Poly-L- Ornithine-coated alginate microcapsules. Biomaterials. 26, 6846-6852 (2005).
- Yamagiwa, K., Kozawa, T., Ohkawa, A. Effects of alginate composition and gelling conditions on diffusional and mechanical properties of calcium-alginate gel beads. J. Chem. Eng. Jpn. 28, 462-467 (1995).
- Amsden, B., Turner, N. Diffusion characteristics of calcium alginate gels. Biotechnol. Bioeng. 65, 605-610 (1999).
- Uriel, S., Brey, E. M., Greisler, H. P. Sustained low levels of fibroblast growth factor-1 promote persistent microvascular network formation. Am. J. Surg. 192, 604-609 (2006).
- Moya, M. L., Lucas, S., Francis-Sedlak, M., Liu, X., Garfinkel, M. R., Huang, J. J., Cheng, M. H., Opara, E. C., Brey, E. M. Sustained delivery of FGF-1 increases vascular density in comparison to bolus administration. Microvasc. Res. 78, 142-147 (2009).
- Moya, M. L., Cheng, M. H., Huang, J. J., Francis-Sedlak, M. E., Kao, S. W., Opara, E. C., Brey, E. M. The effect of FGF-1 loaded alginate microbeads on neovascularization and adipogenesis in a vascular pedicle model of adipose tissue engineering. Biomaterials. 31, 2816-2826 (2010).
- Khanna, O., Moya, M. L., Greisler, H. P., Opara, E. C., Brey, E. M. Multilayered Microcapsules for the Sustained-Release of Angiogenic Proteins From Encapsulated Cells. Am. J. Surg. 200, 655-658 (2010).
- Khanna, O., Moya, M. L., Opara, E. C., Brey, E. M. Synthesis of multilayered alginate microcapsules for the sustained-release of fibroblast growth factor-1. J. Biomed. Mater. Res. A. 95, 632-640 (2010).
