Summary
nanofibre elettrofilate hanno una elevata area superficiale al rapporto di peso, eccellente integrità meccanica, e sostenere la crescita e la proliferazione cellulare. Questi nanofibre hanno una vasta gamma di applicazioni biomediche. Qui ci fabbrichiamo cheratina / nanofibre PCL, utilizzando la tecnica electrospinning, e caratterizzare le fibre per le possibili applicazioni in ingegneria dei tessuti.
Abstract
Electrospinning, grazie alla sua versatilità e potenziale per le applicazioni in vari campi, viene frequentemente utilizzato per fabbricare nanofibre. La produzione di queste nanofibre porosi è di grande interesse a causa delle loro proprietà fisico-chimiche uniche. Qui abbiamo approfondire la fabbricazione di cheratina contenente poli (ε-caprolattone) (PCL) nanofibre (ad esempio, PCL / cheratina fibre composite). L'acqua cheratina solubile è stato estratto da capelli umani e mescolato con PCL in diversi rapporti. La soluzione mista di PCL / cheratina è stato trasformato in membrane nanofibrous utilizzando un laboratorio progettato elettrospinning istituito. Fibra morfologia e le proprietà meccaniche del nanofibre ottenute sono state osservate e valutate utilizzando la microscopia elettronica a scansione e tester di trazione. Inoltre, degradabilità e chimiche del nanofibre sono stati studiati da FTIR. immagini SEM hanno mostrato morfologia superficiale uniforme per le fibre PCL / cheratina di composizioni diverse. Questi PCL / keratifibre n hanno mostrato eccellenti proprietà meccaniche come modulo di Young e fallimento point. fibroblasti sono stati in grado di collegare e proliferare in tal modo dimostrando buona vitalità cellulare. Sulla base delle caratteristiche di cui sopra, possiamo fortemente sostenere che le nanofibre miscelate di polimeri naturali e sintetici possono rappresentare un eccellente sviluppo di materiali compositi che possono essere utilizzati per diverse applicazioni biomediche.
Introduction
Electrospinning è riconosciuto come metodo prevalente di realizzare nanofibre polimeriche. Le fibre possono essere prodotte su nanoscala e le fibre sono personalizzabili 1. Questi sviluppi e le caratteristiche di nanofibre elettrofilate sono stati particolarmente interessanti per le loro applicazioni in Ingegneria Biomedica soprattutto in ingegneria dei tessuti. Le nanofibre elettrofilate presenta analogie con la matrice extracellulare e favorire in tal modo l'adesione cellulare, la migrazione e la proliferazione 2. A causa di questa somiglianza alla matrice extracellulare (ECM), fibre elettrofilate possono essere utilizzati come materiali per aiutare nella medicazione, somministrazione di farmaci, e per i tessuti tecnici come fegato, osso, cuore e muscolo 3.
Una varietà di diversi polimeri di origine sintetica e naturale sono stati utilizzati per creare fibre elettrofilate per le diverse applicazioni di ingegneria biomedica 4. Recentemente vi è stata in crescita inTERESSE nello sviluppo di nanofibre compositi miscelando sintetiche e polimeri naturali 4. In queste composizioni i prodotti finali tipicamente ereditano la resistenza meccanica associata con il polimero sintetico pur adottando spunti e proprietà biologiche dal polimero naturale.
In questo esperimento, PCL e cheratina sono presentati come i polimeri sintetici e naturali da utilizzare per la sintesi di un nanofibre composito. Cheratina è un polimero naturale che si trova nei capelli, lana e unghie. Esso contiene molti residui amminoacidici; Di notevole interesse è la cisteina 4,5. Idealmente un polimero naturale sarebbe biorenewable, biocompatibile e biodegradabile. Cheratina possiede tutte e tre queste caratteristiche ma anche di migliorare la proliferazione cellulare e l'attaccamento ai biomateriali è stato incorporato in 6.
Policaprolattone (PCL) è un polimero riassorbibile, sintetica che è significativo iningegneria dei tessuti 4. Questo polimero è stato precedentemente apprezzato per la sua stabilità strutturale e meccanica, tuttavia, manca affinità cellulare e presenta una velocità di degradazione lunga. La natura idrofoba di PCL è probabilmente responsabile per la mancanza di affinità cellule 7. Tuttavia, PCL compensa suoi limiti essendo altamente miscibile con altri polimeri. A PCL / composito cheratina dovrebbe dimostrare le proprietà meccaniche del PCL e incorporare le proprietà biologiche di cheratina, lo rende la scelta ideale per varie applicazioni biomediche.
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Protocol
Tutti protocollo segue le linee guida del North Carolina A & T State University Office of Compliance Research ed etica.
1. preparazione chimica per la cheratina estrazione 4
- Per preparare 1.000 ml di 2% peso / volume soluzione di acido peracetico (PAS), sotto una cappa aspirante aggiungere 20 ml di acido peracetico a 980 ml di acqua deionizzata (DI).
- Per preparare 1.000 ml di soluzione di base 100 mM Tris (TBS), aggiungere 12,2 g di Tris Base a 1.000 ml di acqua deionizzata e mescolare fino a completa dissoluzione.
- Preparare la soluzione diluita di acido cloridrico (DHAS) in una cappa aspirante versando 4 ml di acido cloridrico concentrato in 30 ml di acqua deionizzata.
- Procurarsi circa 20 g di ritagli di capelli umani che non sono stati trattati chimicamente o alterati. I capelli possono essere di qualsiasi lunghezza.
- Lavare completamente i capelli, a mano, con acqua calda e sapone. Utilizzare acqua deionizzata (DI) per il risciacquo finale.
- Mettere i capelli in due 600 ml bicchieri e posto in un 80 ° C oven per 1 ora.
- Scolate il liquido dal fondo del bicchiere e posizionare in forno finché i capelli è completamente asciutto.
- Divide asciugato i capelli in modo uniforme tra i 600 ml bicchieri, mettendo 10 g di capelli in ogni bicchiere. Non consentire i capelli per riempire più di 500 ml.
- Versare 500 ml di PAS in ciascun bicchiere facendo attenzione a coprire tutti i capelli. Coprire i bicchieri con parafilm e conservare per 12 ore.
2. Preparazione di cheratina Estratto Solution
- Separare i capelli dal PAS usando un setaccio da 500 micron. Raccogliere il PAS rifiuti in un contenitore separato. Lavare i capelli accuratamente con acqua deionizzata per eliminare ogni residuo PAS.
- Posizionare i capelli risciacquati in un pallone da 500 ml. Versare 400 ml di TBS nel pallone, facendo in modo che i capelli sono coperti. Posto pallone in un bagno di agitazione impostato a 38 ° C, 65 giri al minuto per 1 ora.
- Dopo 1 ora, togliere dal scuotendo bagno e versare il liquido, circa 400 ml di soluzione di estrazione di cheratina (KES), into un bicchiere da 1.000 ml.
- Versare 400 ml di acqua deionizzata nel pallone contenente i capelli in modo che i capelli sono coperti e posto di nuovo nel bagno agitazione per 1 ora. Togliere il pallone dal bagno agitazione e versare i restanti 400 ml di KES nel becher 1.000 ml con il KES raccolti in precedenza. I capelli non è più necessario e può essere scaricato dal pallone e scartato nel recipiente cestino più vicino.
3. La concentrazione di cheratina Estratto Solution
- Riempire il bagno rotodistiller alla linea superiore con acqua distillata e impostare a 90 ° C. Impostare velocità di rotazione di 200 rpm. Accendere il liquido di raffreddamento chiller-pompa e impostare a -10 ° C.
- Usando un misuratore di pH per controllare il pH della KES, utilizzare una pipetta per aggiungere lentamente 1 mM DHAS al KES fino a raggiungere un pH 7,0. Mescolare lentamente mentre si aggiunge la soluzione.
- Versare il KES neutralizzato nelle 500 ml pallone a base tonda fino circa un quarto pieno. Eseguire il distillatore secondo il fornitore diprotocollo per 1,25 ore.
- Ripetere il punto 3.3 fino a quando tutto il KES è stato distillato. Assicurarsi che il pallone viene collegato strettamente.
4. Dialisi di cheratina Estratto Solution
- Versare soluzione KES equamente in 12 tubi coniche 14 ml separati. Centrifugare le provette a 1.050 g per 10 min.
- Versare il KES centrifugato in un bicchiere pulito, avendo cura di versare via dai detriti raccolti. Ripetere finché tutti i KES è stato centrifugato.
- Riempire un 2.000 ml cilindro graduato con acqua deionizzata.
- Tagliare dialisi membrana tubo cellulosa a 24 pollici, e la clip un'estremità del tubo per tenerlo chiuso.
- Immergere la lunghezza del tubo nel cilindro di acqua deionizzata per rendere più flessibile e più facile da aprire.
- Aprire l'estremità non tagliata della membrana di cellulosa tubo di dialisi e versare lentamente 60 ml di soluzione KES centrifugato nel tubo. Utilizzare un altro clip per chiudere questa estremità del tubo.
- Mettere il ditubo ALISI nel cilindro 2.000 ml di acqua deionizzata e lasciare riposare per 24 h. Cambiare l'acqua deionizzata nel cilindro ogni 3 o 4 ore.
- Dopo il periodo di 24 ore, svuotare la soluzione KES dializzata in vasetti innevate, avendo cura di lasciare spazio nella parte superiore e mettere in freezer a -20 ° C per 24 ore.
5. liofilizzazione di cheratina Estratto Solution
- Impostare il liofilizzatore a -86 ° C.
- Togliere i vasetti contenenti KES congelato dal congelatore, prendere i tappi fuori dei vasi, e metterli in fiale liofilizzatore. Mettere i sigilli sulle fiale e ruotare la manopola per creare una pressione di vuoto di 0,133 mbar. Lyophilize i campioni per circa 48 ore, fino a quando tutta l'umidità è andato.
6. Preparazione di electrospinning Solutions (10% in peso cheratina Solution)
- Rimuovere la polvere cheratina dalla liofilizzatore e si pesa.
- Aggiungere acqua deionizzata alla polvere cheratina per creare un 10% peso / pesosoluzione cheratina.
7. Preparazione del 10% in peso PCL Soluzione
- Ottenere PCL (polimero ε-caprolattone, Mn 70 - 90 kDa), e trifluoroetanolo (TFE). Preparare un 10% in peso PCL in TFE agitando O / N e ottenere una miscela omogenea.
8. Preparazione della soluzione cheratina / PCL
- Ottenere la soluzione PCL 10% in peso precedentemente preparato e il 10% in peso soluzione cheratina. Aggiungere cheratina nella soluzione goccia PCL saggia per creare 10 ml soluzioni cheratina PCL / di 90:10, 80:20, 70:30 e 60:40 ratios.
- Utilizzare un vortex per ottenere una miscela omogenea di soluzione PCL / cheratina prima electrospinning.
9. Produzione di elettrofilate PCL / fibra cheratina
- Posizionare circa 8 ml della / soluzione cheratina PCL in una siringa monouso da 10 ml dotato di un tubo di plastica del diametro di 0,5 mm. Posizionare la siringa in una pompa a siringa in cui la portata è impostato per essere di 2,5 ml / hr.
- Avvolgere il tamburo collettore con un foglio di alluminio prima di eseguire l'esempio. Assicurarsi che il foglio di alluminio è stabile applicando il nastro con etichette su entrambe le estremità.
Nota: Le fibre formeranno sul foglio di alluminio (vedere Figura 2), memorizzare il foglio rivestito fibra alla RT.
10. Analisi meccanica di PCL / cheratina Nanofibre
- Tagliare il campione in 60 millimetri da 8 mm. Assicurarsi di registrare lo spessore utilizzando micrometrica digitale. Per ogni composizione preparato, utilizzare cinque campioni.
- Fissare il campione di 60 x 8 mm nel tester di trazione. Usare un supporto esemplare personalizzato progettato per attaccare il campione. Sandwich il campione tra i titolari dei campioni che è fatto da una scheda con doppionastro biadesivo. Applicare la cella 10 N carico con una velocità di spostamento di 10 mm / min.
Nota: Il titolare campione è stato progettato per di 62 mm per 40 mm con una finestra interna di 50 mm per 38 mm. - Record estensione e valori di carico attraverso il software in base al protocollo del software.
- Calcolare lo stress dividendo la forza per area del campione testato. Successivamente, calcolare ceppo dividendo la variazione di lunghezza per lunghezza iniziale.
- Generare la curva sforzo-deformazione riportando lo stress in asse y per il valore corrispondente ceppo in asse x.
- Calcolare il modulo di Young della regione lineare dove pendenza pari al modulo di elasticità. Determinare resistenza alla trazione dalla trama ceppo di stress prendendo offset ceppo 0,2% e tracciando una linea parallela alla curva regione lineare.
- Eseguire l'analisi statistica dei dati meccanici ottenuti in triplice copia in precedenza utilizzando analisi della varianza ad una via utilizzando il software di analisi 8. Valori di p <0.05 siamori considerato statisticamente significativo.
11. Superficie Morfologia e strutturale Caratterizzazione
- Utilizzare microscopio elettronico a scansione (SEM) con i parametri di tensione di accelerazione di 15 kV e la corrente di 5 μA per osservare la morfologia delle fibre elettrofilate.
- Prima di imaging con SEM, tagliare una sezione 2 di 2 cm di fibra e collegarlo a una fase di SEM utilizzando nastro di rame. Posizionare il palco all'interno del dispositivo a induzione polverizzazione e il cappotto con l'oro a 15 mA per 1 min e 30 sec per creare uno strato d'oro di circa 11 nm di spessore. Caricare il campione nella camera del SEM. Osservare i campioni di fibre.
- Utilizzare trasformata di Fourier spettroscopia infrarossa (FTIR) caratterizzare il legame chimico tra il PCL e cheratina. Posizionare la sezione 2 cm 2 della membrana elettrofilate nanofibre in un supporto magnetico e spurgare il sistema con aria secca prima del test. Ottenere spettri per 200 scansioni e analizzare gli spettri utilizzando STAsoftware ndard secondo il protocollo del software.
- Eseguire l'analisi dello spettro usando software standard e utilizzare triplicati di ogni rapporto di nanofibre secondo il protocollo del produttore.
12. Studio di interazione Cell-fibra
- Tagliare le fibre in 16 mm 2 campioni. Utilizzare un collante biocompatibile a base di silicone per fissare ogni campione di vetrini con un diametro di 12 mm.
- Colla un'estremità del campione fibra al retro del vetrino, avvolgere il campione intorno coprioggetti, poi incollare l'estremità libera del campione al retro del vetrino e, lasciando all'inizio della slittamento coperto con il solo campione di fibra.
- Mettere i campioni di fibre in una piastra da 24 pozzetti. Sterilizzare i campioni immergendo in 80% etanolo per 1 ora.
- Risciacquare l'etanolo dai campioni utilizzando acqua deionizzata. Poi, pipetta 2 ml di terreno di base sui campioni, facendo attenzione a coprire l'intero campione. Rimuovere il supporto dopo 5 min.
- Uso dei fibroblasti 3cellule T3 per seminare i campioni di fibre. Sospendere le cellule in terreno Dulbecco modificato Eagle (DMEM) supplementato con antibiotici e siero fetale bovino 10% (FBS) in modo che ci sono circa 62.000 cellule / cm 2 per 1 ml di DMEM.
- Goccia 1 ml della soluzione di cellule contenente 3T3 DMEM in ciascun piatto ben garantire che ogni campione fibra è coperto con circa 62.000 cellule / cm 2. Incubare le oltre piastre per 24 ore a 37 ° C e 5% CO 2. Nota: Uso 5% CO 2 perché questo livello può di solito mantenere il pH del supporto cella range fisiologico per giorni.
13. La degradazione di nanofibre Matrix
- Cut asciugato PCL / membrane nanofibre di cheratina in piazza di 30 mm x 30 mm.
- Sterilizzare i campioni di 900 mm 2 con 80% di alcol per un periodo di incubazione di 10 minuti e lavare accuratamente con acqua deionizzata. Incubare i campioni in 15 ml di PBS, pH 7,5, a 37 ° C. Sostituire il buffer ogni 3 giorni.
- Prendere le membrane dalla soluzione a intervalli specifici, 1 settimana e 7 settimane, e risciacquare con acqua deionizzata.
- Posizionare i campioni di membrana in fiale liofilizzatore. Mettere i sigilli sulle fiale e ruotare la manopola per creare un vuoto. Liofilizzato per 24 ore, fino a completa asciugatura.
- Fissare il campione essiccato ad una fase di SEM utilizzando nastro di rame. Posizionare il palco all'interno del dispositivo a induzione polverizzazione e il cappotto con l'oro a 15 mA per 1 min e 30 sec.
- Caricare il campione nella camera del SEM. Osservare i campioni di fibre ad una tensione di accelerazione di 1,5 kV e 5 μA di corrente.
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Representative Results
fibra Morfologia
immagini SEM delle fibre sono stati ottenuti per tutte le composizioni di fibre. Vedere Figura 3. Immagine Fiber conferma che le fibre sono orientate in modo casuale.
prove meccaniche
Meccanicamente fibre forti sono generalmente richiesti per varie applicazioni di ingegneria tissutale. Queste fibre dovrebbero conservare la forza sufficiente e la flessibilità in determinate stress e le condizioni ambientali 9. Generalmente, ponteggi vengono desidera avere moduli vicino a quello del tessuto bersaglio per evitare sollecitazioni schermatura effetti e per mantenere la forza sufficiente durante in vivo e / o in crescita cellulare vitro 10. Dinamometro stato utilizzato per misurare il modulo di Young e carico di rottura della fibra. Modulo di Young (MPa) del PCL / cheratina a rapporti di 100: 00, 90:10, 80:20 e 70:30 wcome risultato essere 10 ± 2, 8 ± 1, 5 ± 1,5, e 4,5 ± 1,6, rispettivamente 4. Analogamente, resistenza alla rottura (MPa) di PCL / cheratina a rapporti di 100: 00, 90:10, 80:20 e 70:30 è risultato essere 3 ± 1.2, 2 ± 0,5, 1 ± 0,2 e 1 ± 0,3 rispettivamente 4 come si vede nella Tabella 1. Figura 4 mostra l'andamento grafico di variazione del modulo di Young rispetto rapporti PCL.keratin. La linea di tendenza negli aiuti grafico a comprendere ulteriormente il tasso di allungamento di rottura.
Strutturali e morfologiche Caratterizzazione
Nella Figura 5, spettri FTIR trasmittanza per PCL / nanofibre compositi cheratina mostra bande a 2950 cm -1, 1.050 cm -1, e 1.240 cm -1 causa asimmetrici vibrazioni di stretching di CH 2, CO e COC gruppi, rispettivamente. Il picco di assorbimento di carbonile a 1720 cm-1 that è caratteristica di PCL è anche visibile 4,11. Le bande di assorbimento a (3,286 cm -1), (3.056 - 3.075 cm -1), (1.600 - 1.700 cm -1), (1.480 - 1.580 cm -1) e (1.220 - 1.300 centimetri -1) sono indicativi di cheratina proteine. Le bande sono stati indicati come ammide A, B, I, II, e III, rispettivamente.
Le bande e picchi presenti nel cambio spettri FTIR con l'aumento delle concentrazioni di cheratina in composito. Il loro aspetto indica la presenza e la conformazione strutturale di catene cheratiniche, tuttavia, le interazioni tra i picchi e bande ha causato qualche difficoltà. Ad esempio, l'ammide banda presente I a 1.600 - 1.700 centimetri -1 viene tipicamente usato per studiare cheratina, tuttavia, la banda è leggermente deformato dal picco PCL. Fortunatamente, la banda amide II sarà sufficiente a dimostrare la presenza di cheratina, cheratina conformazione della catena, e le interazioni di legame tra il PCL echeratina gruppi funzionali.
Cell-Fiber Interazione
Utilizzando Scanning Electron Microscopy l'interazione cellula-fibra è stata studiata. La Figura 6 mostra le immagini SEM delle cellule 3T3 fibroblasti che sono stati coltivati su campioni nanofibre per 24 hr. L'adesione delle cellule ai campioni nanofibre è visibile e mostra che il filopodia cellule tendono a seguire l'allineamento delle nanofibre quando sono simili in diametro. Almar blu (AB) saggio è stato eseguito per quantificare la vitalità delle cellule 3T3 nelle fibre. AB è il resazurina chimica. Questo colorante non fluorescente entra nelle cellule viventi, reduttasi mitocondriali riduce resazurina a resorrufin che è rosa e fluorescenti. Non c'era differenza significativa nei livelli di tossicità dei diversi rapporti di PCL / cheratina.
< br /> Figura 1. Immagini del processo di cheratina di estrazione (a) puliti capello umano prima dell'estrazione.; (B) dei capelli dopo l'estrazione di cheratina; (C) soluzione di estratto cheratina; (D) Polvere liofilizzata cheratina. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2. fotocamera digitale Immagini di fibre elettrofilate. Immagini di fibre di sintesi di CL / cheratina con diversi rapporti raccolti su un foglio di alluminio. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
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Figura 3. SEM Immagini di PCL / cheratina nanofibre. (AC) Immagini della nanofibre filate da soluzioni con PCL / rapporti cheratina di 70:30, 80:20 e 90:10, rispettivamente. I riquadri mostrano le immagini di ingrandimento più alti di ogni immagine SEM corrispondente. Immagini SEM (DF) e (GI) rappresentano le fibre indicate nelle immagini (AC) dopo i test di degradazione a 1 e 7 settimane, rispettivamente. La barra di scala nei inserti rappresenta 500 nm (vedi barra della scala di immagine C). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 4. Grafico del Modulo contro Rapporti PCL / cheratina. Un grafico della concentrazione di cheratina contro Youndi g Modulus mostra l'andamento grafico della variazione del modulo di Young. Gli aiuti Trendline nella comprensione rottura tasso di allungamento. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 5. spettri FTIR di PCL / Nanofibre di cheratina con diversi rapporti. Lo spettro conferma il legame del PCL di cheratina. Il picco maggiore misurata a 1.722 cm -1 è d'accordo con le misure di base standard della banda di assorbimento PCL ed è visibile in tutti gli spettri. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 6. SEM immagini che mostrano il Morfologia 3T3 cellule di fibroblasti seminate su PCL / cheratina nanofibre membrana. Immagini A, B e C rappresentano il PCL / cheratina con rapporti di 90/10, 80/20, 70/30 e, rispettivamente. Immagini (A '), (B'), e (C ') sono immagini più alte ingrandimento di (A), (B) e (C), rispettivamente. Le zone più scure sulle immagini indicano la posizione di ogni cellule di fibroblasti attaccato sulla parte superiore e in tutta la topografia nanofibre. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
| rapporti | Modulo di Young (Mpa) | Carico di rottura (Mpa) |
| 100/0 | 10 ± 2 | 3 ± 1.2 |
| 90/10 | 8 ± 1 | 2 ± 0,5 |
| 80/20 | 5 ± 1.5 | 1 ± 0.2 |
| 70/30 | 4.5 ± 1.6 | 1 ± 0.3 |
Tabella 1. proprietà meccaniche del PCL / fibre di cheratina
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Discussion
Estrazione di cheratina da capelli umani è stato raggiunto con successo. L'acido peracetico agito come agente ossidante sui capelli umani, permettendo la cheratina da estrarre dal Tris Base. La produzione di polvere di cheratina era piccola scala a causa del fatto che è stato fatto soltanto per scopi di ricerca. Questa procedura è già stato stabilito nel settore per la produzione su larga scala. Lo scopo di estrarre la cheratina su piccola scala è stato quello di controllare la contaminazione, la variabilità dei lotti, e costo-efficacia.
L'estrazione cheratina è il passo limitante di questa procedura. La resa di polvere cheratina è molto bassa, 0.7 - 2% in. 20g di capelli prodotto 0,14-0,4 g cheratina. Un altro passo fondamentale nella produzione di fibre elettrofilate sta formulando una soluzione che è adatto per electrospinning. La cheratina è stato facilmente disperso in acqua deionizzata, tuttavia, su electrospinning, la soluzione cheratina / acqua non ha risultato nella formazione di fibre. Per fornire la necessaria minterazioni olecular per creare nanofibre un copolimero è stato introdotto alla soluzione. PCL disciolto in TFE, era in grado di interagire maggiormente con la cheratina attraverso legami idrogeno. Il TFE era in gran parte responsabile per la stabilità dei complessi copolimero a causa della sua elettronegatività e comportamento acido.
Miscelazione della soluzione cheratina con la soluzione PCL presentato nuove sfide dovute al fatto che la PCL è noto per essere idrofobo mentre la cheratina si caratterizza per essere idrofila. Come abbiamo aumentato il rapporto di cheratina è stato difficile ottenere la miscela omogenea. Questo problema è stato risolto con l'aggiunta di cheratina soluzione goccia a goccia alla soluzione PCL, e vortex manualmente per 30 min.
immagini SEM mostrano eccellente morfologia superficiale che è ideale per la crescita e la proliferazione cellulare. I risultati FTIR comparativi dimostrano buona miscibilità tra PCL e cheratina nelle fibre elettrofilate. Questo può essere causa di intermolecolari idrogeno Bonding tra PCL e cheratina. Un altro fattore è la velocità con cui le fibre elettrofilate solidificano prevenire l'aggregazione PCL nella miscela. L'integrità strutturale e meccanica è sostenuta dalle interazioni molecolari tra PCL e cheratina, rendendo il materiale adatto per applicazioni di medicina rigenerativa. Queste fibre elettrofilate sono stati trovati ad avere giovani moduli chiudere quella del tessuto nativo. Meccanicamente fibra forte è in grado di sostenere l'adesione cellulare e la proliferazione. Le nanofibre / cheratina PCL esposti buona uniformità, integrità strutturale, gli immobili meccaniche, e la compatibilità cellulare. modulo di Young (MPa) per PCL / cheratina a rapporti di 100: 00, 90:10, 80:20 e 70:30 è risultato essere 10 ± 2, 8 ± 1, 5 ± 1,5, e 4,5 ± 1,6, rispettivamente, . I moduli sono diminuiti come rapporto di cheratina aggiunto aumentato. L'adesione cellulare e la proliferazione delle fibre cheratiniche / PCL conferma che le fibre non sono tossici e forniscono supporto per la crescita delle cellule.La crescita filopodi lungo le nanofibre indica l'interazione favorevole tra i fibroblasti e le fibre PCL / cheratina.
tecnica Electrospinning è stato utilizzato con successo per sintetizzare le nanofibre / basate cheratina PCL. Questa tecnica, a differenza di altri metodi esistenti, ha dimostrato di essere affidabile e conveniente e può potenzialmente essere utilizzato nella produzione di nanofibre su larga scala. Da questo studio, possiamo concludere che impalcature nanofibrous compositi a base PCL / cheratina hanno il potenziale per essere utilizzata per applicazioni biomediche e mimica ECM naturale per applicazioni di ingegneria tissutale.
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Disclosures
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Acknowledgments
Gli autori desiderano ringraziare National Science Foundation attraverso Ingegneria Centro di Ricerca per rivoluzionare metallici Biomateriali (ERC-0.812.348) e delle nanotecnologie Undergraduate Education (CEE 1.242.139) per il finanziamento di sostegno.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Human Hair | Obtained from Local Barber Shop in Greensboro | ||
| Peracetic acid | Sigma Aldrich | ||
| PCL (e-caprolactone polymer) | Sigma Aldrich | 502-44-3 | Mn 70-90 kDa |
| Trifluoroethanol (TFE) | Sigma Aldrich | 75-89-8 | |
| Tris Base (TrizmaTM Base Powder) | Sigma Aldrich | >99.9% crystalline | |
| Hydrochloric Acid | Fischer Scientific | A144C-212 Lot 093601 | Waltham, MA |
| Kwik-Sil | World Precision Instruments | Sarasota, FL | |
| Cellulose membrane | Sigma Aldrich | 12 - 14 kDa molecular cut off | |
| optical microscope | Olympus BX51M | BX51M | Japan |
| scanning electron microscope | Hitachi SU8000 | SU8000 | Japan |
| Table-Top Shimadzu machine | North America Analytical and Measuring Instruments AGS-X series | AGS-X Series | Columbia, MD |
| Fourier transform infrared spectroscopy | Bruker Tensor 2 Instrument | Billerica, MA | |
| Microcal Origin software | Northampton, MA | ||
| X-ray diffraction (XRD) | Bruker AXS D8 Advance X-ray Diffractometer | Madison, WI | |
| Fibroblast 3T3 cell | American Tissue Type Culture Collection | Manassas, VA | |
| Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM | Invitrogen | Grand Island, NY | |
| Spectra max Gemini XPS microplate reader | Molecular Devices | Sunnyvale, CA | |
| Student- Newman-Keuls post hoc test | SigmaPlot 12 software |
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