Synthèse de nanofibres à base de kératine de génie biomédical

Summary

nanofibres de électrofilées ont une grande surface au rapport de poids, une excellente intégrité mécanique, et de soutenir la croissance et la prolifération cellulaire. Ces nanofibres ont un large éventail d'applications biomédicales. Ici, nous fabriquons kératiniques / nanofibres PCL, en utilisant la technique d'électrofilage, et de caractériser les fibres pour des applications possibles dans l'ingénierie tissulaire.

Abstract

Électrofilage, du fait de sa polyvalence et le potentiel pour des applications dans divers domaines, est souvent utilisé pour fabriquer des nanofibres. La production de ces nanofibres poreux est d'un grand intérêt en raison de leurs propriétés physico-chimiques uniques. Ici, nous élaborons sur la fabrication de la kératine contenant poly (ε-caprolactone) (PCL) nanofibres (c.-à-PCL / fibre composite kératine). Eau kératine soluble a été extrait à partir de cheveux humains et mélangé avec PCL dans différents rapports. La solution mélangée de PCL / kératine a été transformé en membranes nanofibrous l'aide d'un laboratoire conçu électrofilage mis en place. la morphologie des fibres et les propriétés mécaniques de la nanofibre obtenue ont été observés et évalués en utilisant la microscopie électronique à balayage et d'essai à la traction. En outre, dégradabilité et chimiques propriétés du nanofibres ont été étudiées par FTIR. images MEB ont montré la morphologie de surface uniforme pour les fibres PCL / kératine de compositions différentes. Ceux-PCL / Keratin fibres ont également montré d'excellentes propriétés mécaniques telles que le module et l'échec du point de Young. cellules fibroblastes étaient capables de se fixer et proliférer prouvant ainsi une bonne viabilité cellulaire. Sur la base des caractéristiques décrites ci-dessus, on peut affirmer que les fortement nanofibres mélanges de polymères naturels et synthétiques peuvent représenter un excellent développement des matériaux composites qui peuvent être utilisés pour diverses applications biomédicales.

Introduction

Électrofilage est reconnue comme étant une méthode courante de réaliser des nanofibres de polymère. Les fibres peuvent être produites à l'échelle nanométrique et les propriétés des fibres sont personnalisables ^1. Ces évolutions et les caractéristiques des nanofibres électrofilées ont été particulièrement intéressant pour leurs applications en génie biomédical en particulier dans l'ingénierie tissulaire. Les nanofibres électrofilées possèdent des similitudes avec la matrice extracellulaire et de favoriser ainsi l'adhérence cellulaire, la migration et la prolifération ^2. En raison de cette ressemblance avec la matrice extracellulaire (ECM), les fibres électrofilées peuvent être utilisés comme matériaux pour aider à pansement, l'administration de médicaments, et pour les tissus d'ingénierie tels que le foie, les os, le cœur et les muscles ^3.

Une variété de différents polymères d'origine synthétique et naturel ont été utilisés pour créer des fibres électrofilées pour différentes applications en génie biomédical ^4. Récemment, il a été de plus en plus dansintérêt dans le développement de nanofibres composites par mélange des polymères synthétiques et naturels ^4. Dans ces compositions, le produit final héritent typiquement la résistance mécanique associé au polymère synthétique, tout en adoptant des signaux biologiques et les propriétés du polymère naturel.

Dans cette expérience, PCL et de la kératine sont présentés comme des polymères synthétiques et naturels à utiliser pour la synthèse d'un composite de nanofibres. La kératine est un polymère naturel que l'on trouve dans les cheveux, la laine et les ongles. Il contient de nombreux résidus d'acide aminé; d'intérêt notable est la cystéine ^4,5. Idéalement, un polymère naturel serait biorenouvelable, biocompatible et biodégradable. Kératine possède ces trois caractéristiques, tout en améliorant la prolifération cellulaire et l'attachement aux biomatériaux, il a été incorporé dans ^6.

Polycaprolactone (PCL) est un polymère résorbable, synthétique qui est important dansingénierie tissulaire ^4. Ce polymère a déjà été salué pour sa stabilité structurelle et mécanique, cependant, il n'a pas d'affinité cellulaire et présente un taux de dégradation de longue haleine. La nature hydrophobe de PCL est probablement responsable de l'absence d'affinité de la cellule ^7. Cependant, PCL compense ses limites en étant hautement miscible avec d'autres polymères. A PCL / composite kératine devrait démontrer les propriétés mécaniques du PCL et d'incorporer les propriétés biologiques de la kératine, ce qui en fait un choix idéal pour diverses applications biomédicales.

Protocol

Tout protocole suit les lignes directrices de l'Université d'Etat Bureau de la conformité et de l'éthique de la recherche North Carolina A & T.

1. Préparation des produits chimiques pour la kératine Extraction ⁴

1. Pour préparer 1000 ml de 2% en poids / volume solution d'acide peracétique (PAS), sous une hotte ajouter 20 ml d'acide peracétique à 980 ml d'eau désionisée (DI).
2. Pour préparer 1000 ml de solution de base Tris 100 mM (SCT), ajouter 12,2 g de Tris base à 1000 ml d'eau DI et remuer jusqu'à dissolution complète.
3. Préparer une solution diluée d'acide chlorhydrique (ASD) dans une hotte en versant 4 ml d'acide chlorhydrique concentré dans 30 ml d'eau DI.
4. Procurer environ 20 g de coupures de cheveux humains qui ne sont pas traités chimiquement ou modifiées. Les cheveux peuvent être de toute longueur.
5. Laver soigneusement les cheveux, à la main, avec de l'eau chaude et du savon. Utilisez (DI) de l'eau déminéralisée pour le rinçage final.
6. Mettre les cheveux en deux 600 ml béchers et placer dans un 80 ºC oême pendant 1 heure.
7. Égoutter le liquide du fond du récipient et le placer dans le four jusqu'à ce que les cheveux sont complètement secs.
8. Diviser séché les cheveux de façon égale entre les béchers de 600 ml, placer 10 g de cheveux dans chaque bécher. Ne pas laisser les cheveux pour remplir plus de 500 ml.
9. Verser 500 ml de PAS dans chaque bêcher en veillant à couvrir tous les cheveux. Couvrir les verres avec du parafilm et stocker pendant 12 heures.

2. Préparation de kératine Extrait Solution

1. Séparer les cheveux du PAS à l'aide d'un tamis de 500 um. Recueillir les PAS de déchets dans un récipient séparé. Rincer les cheveux avec de l'eau déminéralisée pour éliminer toute PAS restes.
2. Placer les cheveux rincés dans une fiole de 500 ml. Verser 400 ml de TBS dans le ballon, en prenant soin que les cheveux est couverte. Lieu ballon dans un bain secouant réglé à 38 ° C, 65 min pendant 1 heure.
3. Après 1 heure, retirer les tremblements de bain et verser le liquide, environ 400 ml de solution d'extraction de la kératine (KES), iNto un 1000 ml bécher.
4. Verser 400 ml d'eau désionisée dans le flacon contenant les cheveux veillant à ce que les cheveux sont couverts et le placer en arrière dans le bain sous agitation pendant une heure. Enlever le ballon du bain secouer et verser les 400 ml restants de l'KES dans le bécher de 1000 ml avec le KES déjà recueillis. Les cheveux ne sont plus nécessaires et peuvent être déversés sur le ballon et jeté dans la poubelle la plus proche.

3. Concentration de l'extrait de la solution de kératine

1. Remplir bain rotodistiller à la ligne supérieure avec de l'eau distillée et mis à 90 ºC. Réglez la vitesse de rotation de 200 tours par minute. Allumez le liquide de refroidissement refroidisseur-pompe et réglez à -10 ºC.
2. En utilisant un pH-mètre pour surveiller le pH de la KES, utiliser une pipette pour ajouter lentement 1 mM DHAS au KES jusqu'à atteindre un pH de 7,0. Incorporer lentement que la solution est ajoutée.
3. Verser le KES neutralisé dans les 500 ml de ballon à fond rond jusqu'à environ trimestre complet. Exécutez le distillateur selon fabricantprotocole de 1,25 h.
   1. Répétez l'étape 3.3 jusqu'à ce que le KES a été distillée. Assurez-vous que le ballon est fermement.

4. Extrait de dialyse de la solution de kératine

1. Verser la solution KES également en 12 14 ml tubes coniques séparées. Centrifuger les tubes à 1050 g pendant 10 min.
2. Verser le KES centrifugé dans un bécher propre, en veillant à vider des débris collectés. Répétez jusqu'à ce que la totalité de la KES a été centrifugé.
3. Remplir un 2000 ml graduée avec de l'eau DI.
4. Couper la dialyse membrane de cellulose de tube à 24 pouces, et le clip de l'une des extrémités du tube pour la maintenir fermée.
5. Tremper la longueur du tube dans le cylindre de l'eau DI pour le rendre plus souple et plus facile à ouvrir.
6. Ouvrir l'extrémité non découpée de la membrane de cellulose de tube de dialyse et verser lentement 60 ml d'une solution KES centrifugé dans le tube. Utilisez un autre clip pour fermer cette extrémité de la tubulure.
7. Mettez le ditube de aly en 2000 ml bouteille d'eau DI et laisser reposer pendant 24 h. Changez l'eau DI dans le cylindre tous les 3 à 4 heures.
8. Après la période de 24 heures, vider la solution KES dialyse dans des bocaux plafonnés, en étant sûr de laisser un espace au sommet et le placer dans le congélateur à -20 ° C pendant 24 heures.

5. La lyophilisation de la solution de kératine Extrait

1. Réglez le lyophilisateur à -86 ºC.
2. Retirer les bocaux contenant KES congelés du congélateur, retirez les capuchons des pots, et les placer dans des ampoules de lyophilisateur. Placez les joints sur les ampoules et tourner le bouton pour créer une pression à vide de 0.133 mbar. Lyophiliser les échantillons pendant environ 48 heures, jusqu'à ce que toute l'humidité a disparu.

6. Préparation des solutions Électrofilage (10% en poids de kératine Solution)

1. Retirez la kératine poudre du lyophilisateur et le peser.
2. Ajouter de l'eau DI à la poudre de kératine pour créer un 10% en poids / poidssolution de kératine.

7. Préparation de la solution à 10% de PCL de poids

1. Obtenir PCL (polymère ε-caprolactone, Mn de 70 à 90 kDa), et le trifluoroéthanol (TFE). Préparer un 10% en poids de PCL TFE en agitant O / N et d'obtenir un mélange homogène.

8. Préparation de la solution de kératine / PCL

1. Obtenir la solution de PCL 10% en poids et une solution préparée au préalable de la kératine 10% en poids. Ajouter la kératine dans la goutte de solution PCL sage afin de créer 10 ml PCL / solutions de kératine de 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 et ratios.
2. Utilisez un vortex pour obtenir un mélange homogène de la solution PCL / kératine avant électrofilage.

9. Production d'électrofilage PCL / fibre kératinique

1. Placer environ 8 ml de / PCL solution de kératine dans une seringue jetable de 10 ml muni d'un tube en plastique de diamètre 0,5 mm. Placer la seringue dans une pompe à seringue, où le débit est réglé à 2,5 ml / h.
2. Enveloppez le tambour collecteur de papier d'aluminium avant de lancer l'échantillon. Faire en sorte que la feuille d'aluminium est stable par l'application de la bande de marquage sur chaque extrémité.
   Remarque: Les fibres se forment sur ​​la feuille d'aluminium (voir la figure 2), stocker la feuille recouverte de fibres à température ambiante.

10. Mechanical Analysis de PCL / kératine nanofibres

1. Couper l'échantillon en 60 mm par 8 mm. Assurez-vous d'enregistrer l'épaisseur à l'aide d'un micromètre numérique. Pour chaque composition préparée, utilisez cinq échantillons.
2. Attacher l'échantillon 60 x 8 mm dans l'essai de traction. Utilisez un porte-échantillon personnalisé conçu pour se fixer l'échantillon. Sandwich l'échantillon entre porte-échantillons qui est fabriqué à partir d'une carte d'index en utilisant doubleverso bande. Appliquer la cellule de charge 10 N avec un débit de 10 mm / min de déplacement.
   Remarque: Le support d'échantillon est conçu pour être 62 mm sur 40 mm avec une fenêtre interne de 50 mm par 38 mm.
3. extension de registre et les valeurs de charge grâce à des logiciels selon le protocole du logiciel.
4. Calculer le stress en divisant la force par zone de l'échantillon testé. Ensuite, calculer souche en divisant la variation de longueur par longueur initiale.
5. Générer la courbe de traction en traçant le stress dans l'axe des ordonnées pour correspondre valeur de déformation dans l'axe des x.
6. Calculer le module d'Young de la région linéaire, où la pente est égale au module d'élasticité. Déterminer la résistance à la traction de la parcelle de souche de stress en prenant décalage dans la souche 0,2% et traçant une ligne parallèle à la courbe de la région linéaire.
7. Effectuer l'analyse statistique des données mécaniques obtenues en triple précédemment en utilisant une analyse de variance à l'aide du logiciel d'analyse ^8. Les valeurs de p <0,05, nousêtes considéré comme statistiquement significatif.

11. Surface Morphologie et structurel Caractérisation

1. En utilisant un microscope électronique à balayage (MEB) avec des paramètres de tension d'accélération de 15 kV et un courant de 5 uA d'observer la morphologie des fibres électrofilées.
   1. Avant l'imagerie avec SEM, couper une section de 2 cm ² de la fibre et l'attacher à un stade SEM en utilisant du ruban de cuivre. Placez la scène à l'intérieur du dispositif de revêtement par pulvérisation et le manteau d'or à 15 mA pendant 1 min et 30 sec pour créer une couche épaisse d'environ 11 nm d'or. Chargez l'échantillon dans la chambre de la SEM. Respecter les échantillons de fibres.
2. En utilisant la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) pour caractériser la liaison chimique entre la PCL et la kératine. Placez la section 2 cm ² de la membrane électrofilés de nanofibres dans un support magnétique et purger le système avec de l'air sec avant le test. Obtenir des spectres de 200 scans et d'analyser les spectres en utilisant standard logiciel conformément au protocole du logiciel.
3. Effectuer une analyse de spectre en utilisant un logiciel standard et utiliser trois exemplaires de chaque rapport de nanofibres selon le protocole du fabricant.

12. étude de l'interaction cellule-fibres

1. Couper fibres en 16 mm ² échantillons. Utilisez, une colle biocompatible à base de silicone pour fixer chaque échantillon à lamelles avec un diamètre de 12 mm.
2. Collez une extrémité de l'échantillon de fibres à l'arrière de la lamelle, envelopper l'échantillon autour de la lamelle, puis collez l'extrémité libre de l'échantillon à l'arrière de la lamelle ainsi, laissant le haut de la glissade couverte avec seulement le échantillon de fibres.
3. Placer les échantillons de fibres dans une plaque à 24 puits. Stériliser les échantillons par immersion dans 80% d'éthanol pendant 1 heure.
4. Rincer l'éthanol à partir des échantillons à l'aide de l'eau déminéralisée. Puis, une pipette 2 ml de milieu de base sur les échantillons, en veillant à couvrir l'ensemble de l'échantillon. Retirer le milieu après 5 min.
5. Utilisez fibroblastes 3cellules T3 à ensemencer les échantillons de fibres. Suspendre les cellules dans du milieu de Eagle modifié par Dulbecco (DMEM) supplémenté avec des antibiotiques et 10% de sérum bovin fœtal (FBS), de sorte qu'il y a environ 62 000 cellules / cm ² par 1 ml de DMEM.
6. Laisser tomber 1 ml de la solution contenant des cellules 3T3-DMEM dans chaque plaque et faire en sorte que chaque échantillon de fibre est recouverte d'environ 62 000 ^{cellules / cm2.} Incuber les puits des plaques pendant 24 heures à 37 ° C et 5% de CO _2. Remarque: Utilisez 5% de CO _{2, car} ce niveau peut généralement maintenir le pH du milieu cellulaire dans la gamme physiologique pendant des jours.

13. Dégradation de la matrice nanofibres

1. Cut séché PCL / kératine des membranes de nanofibres en place d'environ 30 mm x 30 mm.
2. Stériliser les échantillons de 900 mm ² avec 80% d'alcool pour une période d'incubation de 10 min et laver soigneusement avec de l'eau DI. Incuber les échantillons dans 15 ml de PBS, pH 7,5, à 37 ° C. Remplacer le buffert tous les 3 jours.
3. Prenez les membranes de la solution à des intervalles déterminés, 1 semaine et 7 semaines, et rincer avec de l'eau DI.
4. Placer les échantillons de membrane dans des ampoules de lyophilisateur. Placez les joints sur les ampoules et tourner le bouton pour créer un vide. Lyophiliser pendant 24 heures, jusqu'à séchage complet.
5. Fixer l'échantillon séché à un stade SEM en utilisant du ruban de cuivre. Placez la scène à l'intérieur du dispositif de revêtement par pulvérisation et le manteau d'or à 15 mA pendant 1 min et 30 sec.
6. Chargez l'échantillon dans la chambre de la SEM. Respecter les échantillons de fibres à une tension d'accélération de 1,5 kV et 5 courant de pA.

Representative Results

fibre Morphologie
images MEB des fibres ont été obtenues pour toutes les compositions de fibres. Voir la figure 3. Fibre image confirme que les fibres sont orientées de manière aléatoire.

essais mécaniques
Mécaniquement fibres résistantes sont généralement nécessaires pour diverses applications d'ingénierie tissulaire. Ces fibres doivent conserver la force et la flexibilité suffisante dans certaines stress et les conditions environnementales ^9. En règle générale, les échafaudages sont souhaite avoir des modules proches de celles du tissu cible afin d'éviter tout stress effets de blindage et une résistance mécanique suffisante pour maintenir pendant in vivo et / ou de la croissance cellulaire in vitro ^10. Tester la traction a été utilisé pour mesurer le module de Young et de résistance à la rupture de la fibre. Module d'Young (MPa) de PCL / kératine à des rapports de 100: 00, 90:10, 80:20 et 70:30 wque l'on trouve être de 10 ± 2, 8 ± 1, 5 ± 1,5 et 4,5 ± 1,6, respectivement ^4. De même, résistance à la rupture (MPa) de PCL / kératine à des rapports de 100: 00, 90:10, 80:20, 70:30 et a été trouvée être de 3 ± 1,2, 0,5 ± 2, 1 ± 0,2 et 0,3 ± 1 respectivement ⁴ comme on le voit dans le tableau 1. Figure 4 affiche la tendance graphique de variation du module de Young par rapport ratios PCL.keratin. La ligne de tendance dans les aides de graphes à comprendre davantage le taux d'allongement à la rupture.

Caractérisation structurale et morphologique
Sur la figure 5, les spectres de transmission FTIR pour PCL / kératiniques nanofibres composites présentent des bandes à 2950 cm ^-1, 1050 cm ^-1 et 1240 cm ^-1 dû à des vibrations asymétriques étirement de CH _2, CO et COC groupes, respectivement. Le pic d'absorption de carbonyle à 1720 cm ^-1 that est caractéristique de PCL est également visible ^4,11. Bandes d'absorption à 3286 (cm ^-1), (3056 - 3075 ^cm-1), (1600 - 1700 ^cm-1), (1480 - 1580 ^cm-1) et (1220 - 1300 cm ^-1) sont révélateurs de la kératine protéines. Les bandes ont été désignés comme amide A, B, I, II, et III, respectivement.

Les bandes et les pics présents dans l'évolution des spectres FTIR avec des concentrations accrues de kératine dans le composite. Leur apparence indique la présence et de la conformation structurelle des chaînes de kératine, cependant, les interactions entre les pics et les bandes ne causent des difficultés. Par exemple, l'amide I bande présents à 1.600 - 1.700 cm ^-1 est généralement utilisé pour étudier la kératine, cependant, la bande est légèrement défiguré par le pic PCL. Heureusement, la bande amide II suffira de prouver la présence de kératine, la kératine conformation de la chaîne, et les interactions de liaison entre la PCL etdes groupes fonctionnels kératiniques.

Cell-fibre Interaction
Microscopie électronique à balayage en utilisant l'interaction cellule-fibre a été étudiée. La figure 6 montre des images MEB des cellules 3T3 de fibroblastes qui ont été cultivées sur des échantillons de nanofibres de 24 h. L'adhérence des cellules aux échantillons de nanofibres est visible et montre que la cellule de filopodes tendance à suivre l'alignement des nanofibres quand ils sont semblables en diamètre. Almar Bleu (AB) dosage a été effectué pour quantifier la viabilité des cellules 3T3 dans les fibres. AB est la résazurine chimique. Ce colorant non fluorescent pénètre dans les cellules vivantes, réductases mitochondriales réduit résazurine à resorrufin qui est rose et fluorescent. Il n'y avait pas de différence significative dans les niveaux de différents rapports de PCL / kératine toxicité.

< br /> Figure 1. Photos du processus de kératine Extraction (A) Nettoyé cheveu humain avant l'extraction. (B) les cheveux après l'extraction de la kératine; (C) de la solution d'extrait de kératine; (D) lyophilisé en poudre de kératine. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2. Appareil photo numérique Photos de fibres électrofilées. Images de synthèse sous forme de fibres de CL / kératine avec différents rapports recueillies sur une feuille d'aluminium. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Figure 3. SEM Images de PCL / kératine nanofibres. (AC) des images des nanofibres filées à partir de solutions avec PCL / ratios de kératine de 70:30, 80:20 et 90:10, respectivement. Les encarts montrent des images de grossissement de chaque image SEM correspondant. Images MEB (DF) et (IG) représentent les fibres mentionnées dans les images (AC) après les essais de dégradation de 1 et 7 semaines, respectivement. La barre d'échelle dans les encarts représente 500 nm (voir barre d'échelle dans l'image C). S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4. Graphique de module par rapport Ratios PCL / kératine. Un graphique de la concentration de la kératine par rapport Younde g Module montre l'évolution graphique de la variation du module de Young. Les aides à la courbe de tendance dans la compréhension taux d'allongement à la rupture. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5. FTIR Spectra de PCL / à nanofibres de kératine avec des rapports différents. Le spectre confirme la liaison du PCL à la kératine. Le pic majeur mesurée à 1,722 cm ^-1 est d'accord avec les mesures de base standard de bande d'absorption PCL et est visible dans tous les spectres. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Images Figure 6. SEM montrant la morphologie des cellules 3T3 de fibroblastes ensemencées sur PCL / kératine nanofibres membrane. Images A, B et C représentent la PCL / kératine avec des ratios de 90/10, 80/20 et 70/30, respectivement. Les images (A '), (B) et (C') sont des images de grossissement de (A), (B) et (C), respectivement. Les zones les plus sombres sur les images indiquent l'emplacement de chacun des cellules de fibroblastes attachés sur le dessus et tout au long de la topographie de nanofibres. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

ratios	Module de Young (MPa)	Résistance à la rupture (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

Tableau 1. Les propriétés mécaniques de PCL / fibres de kératine

Discussion

Extraction de la kératine des cheveux humains a été réalisée avec succès. L'acide peracétique a agi comme un agent oxydant sur la chevelure humaine, ce qui permet la kératine à être extraite par la base Tris. La production de poudre de kératine était petite échelle en raison du fait qu'il n'a été fait à des fins de recherche. Cette procédure a déjà été établie dans l'industrie pour la production à grande échelle. Le but de l'extraction de la kératine à petite échelle était de contrôler la contamination, la variabilité du lot, et la rentabilité.

L'extraction de la kératine est l'étape limitante de cette procédure. Le rendement en poudre de kératine est très faible, de 0,7 à 2%. 20 g de cheveux humains a abouti à de 0,14 à 0,4 g kératine. Une autre étape importante dans la production des fibres électrofilées élabore une solution qui convient pour l'électrofilage. Kératine a été facilement dispersée dans l'eau DI, cependant, sur électrofilage, la solution de kératine / eau n'a pas abouti à la formation de fibres. Pour fournir le m nécessaireinteractions olecular pour créer nanofibres un copolymère a été introduit à la solution. PCL dissous dans du TFE, est capable d'interagir plus fortement avec la kératine par liaison hydrogène. Le TFE est en grande partie responsable de la stabilité des complexes de copolymères en raison de son électronégativité et le comportement acide.

Mélange de la solution avec la solution de kératine PCL de nouveaux défis en raison de ce fait que PCL est connu pour être hydrophobe tandis que la kératine est connu pour être hydrophile. Comme nous avons augmenté le rapport de la kératine, il était difficile d'obtenir le mélange homogène. Ce problème a été résolu en ajoutant la kératine chute de solution goutte à la solution PCL, et vortex manuellement pendant 30 min.

images MEB montrent une excellente morphologie de surface qui est idéal pour la croissance et la prolifération cellulaire. Les résultats comparatifs FTIR montrent une bonne miscibilité entre PCL et de la kératine dans les fibres électrofilées. Cela peut être à cause de l'hydrogène intermoléculaires bonding entre PCL et de la kératine. Un autre facteur est la rapidité avec laquelle les fibres électrofilées solidifient empêchant l'agrégation PCL dans le mélange. L'intégrité structurelle et mécanique est soutenu par des interactions moléculaires entre le PCL et de la kératine, ce qui rend le matériau approprié pour des applications en médecine régénérative. Ces fibres électrofilées sont avérés avoir des modules d'Young fermer celle du tissu natif. Mécaniquement fibre solide est en mesure de soutenir l'adhésion cellulaire et la prolifération. Les nanofibres / de kératine PCL présentent une bonne uniformité, l'intégrité structurelle, des propriétés mécaniques satisfaisantes, et la compatibilité cellulaire. Le module de Young (MPa) pour PCL / kératine à des rapports de 100: 00, 90:10, 80:20, 70:30 et a été trouvée être de 10 ± 2, 8 ± 1, 5 ± 1,5 et 4,5 ± 1,6, respectivement, . Les modules ont diminué comme le rapport de la kératine ajoutée augmente. adhérence cellulaire et de la prolifération sur les fibres kératiniques / PCL confirme que les fibres ne sont pas toxiques et fournissent un soutien pour la croissance des cellules.La croissance de filopodes long des nanofibres indique une interaction favorable entre les fibroblastes et les fibres PCL / kératiniques.

technique de Électrofilage a été utilisé avec succès pour la synthèse des nanofibres / base de kératine de PCL. Cette technique, contrairement à d'autres méthodes existantes, a prouvé être fiable et rentable et peut potentiellement être utilisé dans la production de nanofibres à grande échelle. De cette étude, nous concluons que les échafaudages nanofibrous composites à base PCL / kératine ont le potentiel d'être utilisé pour des applications biomédicales et ECM naturelle synoptique pour les applications d'ingénierie tissulaire.

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