Aşağıdaki protokol, çok çeşitli doku mühendisliği uygulamalarına uygulanabilen nano ölçekli desenli fibrillere sahip kollajen hidrojellerin üretimi için kesme tabanlı bir ekstrüzyon yöntemi sunar.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
* These authors contributed equally
Aşağıdaki protokol, çok çeşitli doku mühendisliği uygulamalarına uygulanabilen nano ölçekli desenli fibrillere sahip kollajen hidrojellerin üretimi için kesme tabanlı bir ekstrüzyon yöntemi sunar.
Rejeneratif biyomalzemeler, hasarlı doku ve organların onarımına rehberlik etmek için hücre-materyal etkileşimlerini kolaylaştırmak üzere tasarlanmıştır. Bu materyaller, doğal dokunun biyofiziksel özelliklerini taklit etmek için tasarlanmıştır ve rejeneratif doku nişinin restorasyonuna katkıda bulunan hücresel fenotipik ve morfolojik rehberlik sağlar. Yaygın bir hücre dışı matris proteini olan kolajen, biyouyumluluğu ve diğer olumlu özellikleri nedeniyle bu rejeneratif biyomalzemelerin ortak bir bileşenidir. Bu çalışma, yönlendirilmiş fibril desenleme ile tasarlanmış nanofibriler kollajenin üretimi için yeni ve basit bir yöntemi tanımlamaktadır. Kayma gerilimi, sıcaklık ve pH'ın manipülasyonu sayesinde, kollajen fibrillogenezi ve hizalaması, özel ekipman gerektirmeden hassas bir şekilde kontrol edilir. Bu yaklaşım, anizotropik veya izotropik özellikler sergileyen dokuların doğal yapısını taklit eden nanofibriler kollajen biyomalzemelerinin oluşturulmasına izin verir. Kollajen nanofibril modellemedeki esneklik, yalnızca hücre davranışı üzerinde nano ölçekli modellemenin incelenmesini kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda desenli doku mühendisliği uygulamaları için çeşitli olanaklar sunar.
Rejeneratif tıbbın amacı, tasarlanmış terapötiklerin uygulanması yoluyla doku yenilenmesini ve iyileşmesini arttırmaktır. Bir yaklaşım, doğal dokuların bileşimini ve yapısını yakından taklit eden biyomateryal yapıların imalatını içerir. Bu yapıları tasarlarken, kritik bir husus, hücre çoğalması, göçü ve farklılaşması için talimat ipuçları sağlayan ve sonuçta doku yenilenmesini sağlayan doğal altta yatan hücre dışı matristir (ECM) 1,2. Doğal ECM ağırlıklı olarak fibriller kollajen 3,4'ten oluşur. İskelet kası ve tendon gibi yüksek derecede organize dokularda, bu ECM'ler, doku boyunca kuvvet iletimini ve motor fonksiyonu desteklemenin anahtarı olan hizalanmış bir desen sergiler 5,6.
Kollajenin doku mühendisliği uygulamaları için bir biyomateryal olarak faydası, aynı zamanda iyi biyouyumluluk, biyolojik olarak parçalanabilirlik ve hücre afinitesi 7,8,9 gösterdiğinden, doğal dokulardaki yaygın prevalansının ötesine uzanır. Kollajen bazlı biyomalzemelerin geliştirilmesindeki son gelişmeler, spesifik doku rejenerasyonu için gerekli olan mekanik ve biyokimyasal ipuçlarını daha iyi yönlendirmek için biyofiziksel özelliklerin iyileştirilmesine odaklanmıştır. Asitte çözünen kollajen molekülleri, ılık sıcaklıklara ve nötr pH10,11'e maruz kaldıklarında nanofibriller halinde kendi kendine birleşebildiğinden, in vitro olarak fibriler bir yapıya sahip kollajen biyomalzemeleri oluşturmak nispeten basittir. Bununla birlikte, güdümlü manipülasyon olmadan, bu fibriller rastgele ağlar halinde oluşacak ve bu da onları anizotropik doku mühendisliği uygulamaları için uygun hale getirecektir. Hizalanmış fibriller üretebilen teknikler arasında elektroeğirme ve ıslak eğirme, diğer çözelti ekstrüzyon teknikleri12,13, dondurarak kurutma14, elektrokimyasal veya manyetik fabrikasyon15,16, kesme akışı biriktirme17, akış kaynaklı kristalizasyon18, jel ekstrüzyon19, gerinim kaynaklı hizalama20 ve sıvının manipülasyonu yoluyla kuvvet güdümlü hizalama yer alır Akış 21,22. Bununla birlikte, bu yöntemlerin birçoğu ya kollajen ile yüksek oranda uyumlu değildir, mikro ölçekte hizalama üretir ancak nano ölçekte değildir, hizalama ve stabiliteyi indüklemek için ek işlem sonrası adımlar gerektirir veya son derece özel ekipman ve reaktifler gerektirir, bu da yaygın olarak benimsenmelerini zorlaştırır.
Bu çalışma, şırınga pompaları veya elektrospinnerler gibi özel ekipmanlara ihtiyaç duymadan, hizalanmış veya rastgele yönlendirilmiş fibril desenleme ile nanofibriler kollajen üretimi için basit kesme tabanlı bir yöntem sunmaktadır. Bu teknik, kollajen fibrillogenezin pH bağımlılığından yararlanır. Nötralize edici bir tampon içinde asidik monomerik kollajene kesme kuvveti uygulanması, kesme yönü boyunca hizalanmış fibrillogenezi teşvik eder. Benzer şekilde, kollajen, rastgele desenlere sahip fibriller üreten kesme yokluğunda fibrillogeneze uğramaya indüklenebilir. Hizalanmış veya rastgele desenlenmiş nanofibriller kollajenden oluşan elde edilen 3D kollajen şeritleri, nano ölçekli modellemenin hücre davranışı üzerindeki etkilerini incelemek için araçlar olarak hizmet edebilir. Ek olarak, hem anizotropik hem de izotropik doku mühendisliği uygulamaları için çeşitli olanaklar sunarlar 23,24,25,26,27. Desenleme, ilgilenilen doğal dokunun yapısına uyacak şekilde özelleştirilebilir. Kollajen şeritleri ayrıca, çeşitli boyutlarda ve yaralanma şekillerinde nakledilen bir mühendislik terapötiği olarak hizmet etmek için çeşitli büyüklükte demetler halinde birleştirilebilir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. Diyalize kollajen hazırlanması ( Şekil 1)
2. Cam yongalarının hazırlanması ( Şekil 1)
DİKKAT: Protokolün bu kısmı için göz koruması kullanın.
NOT: Hücre kültürü deneyleri için özel olarak kaplanmış hidrofobik cam slaytlar kullanılmaktadır. Yüzey kaplamasının çıkarılmasını önlemek için kızaklar kenarlardan tutulmalıdır. Cam kesme işlemini uygun bir kesme yüzeyinde gerçekleştirin.
3. 10x fosfat tamponlu salin (PBS) hazırlanması
4. Hizalanmış kollajen nanofibrillerin üretimi (Şekil 2)
5. Rastgele kollajen nanofibrillerin üretimi (Şekil 3)
6. Sterilizasyon ve rehidrasyon
NOT: Bir biyogüvenlik kabininde aşağıdaki tüm adımları tamamlayın
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu protokol, hizalanmış (Şekil 2) veya rastgele (Şekil 3) yönlendirilmiş nanofibrillerden oluşan kollajen hidrojellerin üretimi için basit bir kesme tabanlı ekstrüzyon tekniğini tanımlar. Nanofibril modelleme, şırınga hızı ve kollajen ekstrüzyon hızının birleşik modülasyonu yoluyla elde edilen kesme kuvvetlerinin hassas kontrolüne dayanır. Fibril hizalamasını indüklemek için optimal değerler daha önce 340 mm/s'lik bir şırınga hızı ve 3,2 mL/dk'lık bir kollajen e...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokolün kritik adımları üç ana bölüme ayrılabilir: 1) kollajen fibrillogenezi, 2) hidrojel montajı ve 3) yıkama. Kollajen fibrillogenez süreci, nötralize edici koşullar altında kendiliğinden gerçekleşir ve tek tek kollajen moleküllerinin daha büyük stabilize fibriler yapılara kendi kendine monte edilmesine dayanır10,11. Bu, 37 ° C'ye ısıtılan 10x PBS gibi nötralize edici tamponlu bir ortamın uygulanmasıyla elde edilir ve kolla...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Beyan edilecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Bu araştırma kısmen Rejeneratif Rehabilitasyon Araştırma ve Eğitim İttifakı, MTF Biologics, Oregon Sağlık ve Bilim Üniversitesi Vakfı ve Collins Medical Trust'tan sağlanan fonlarla desteklenmiştir. K.M.H., Ulusal Bilim Vakfı Lisansüstü Araştırma Bursu (DGE-1937961) ve Oregon Öğrencileri Öğrenme ve Deneyimleme Araştırmaları (OSLER) Bursu (5TL1TR2371-8) tarafından desteklenmiştir. K.H.N., NIH/NHLBI (R00HL136701) ve NIH/NIAMS (R01AR080150) tarafından sağlanan hibelerle desteklenmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Kollajen I, Yüksek Konsantrasyon, Sıçan Kuyruğu | Corning | CB354249 | |
| Eclipse TE-2000-U mikroskobu | Nikon | TE-2000-U | Ters mikroskop |
| Ekstra Kalın Mikroskop Slaytları | Fisher Scientific | 22-267-005 | Kollajen ekstrüzyon yüzeyi için iyi çalışır |
| FEI Helios G3 NanoLab DualBeam | Thermo Fisher Scientific | N/A | Taramalı elektron mikroskobu |
| Cam Kesici Alet Seti 2mm-20mm Kalem Stili Yağ Besleme Karbür Ucu | Amazon/MOARMOR | B07Y1D243H | Cam kesici seçeneği |
| Hamilton Kel-F Hub Künt Uçlu İğneler (Luer Lock, 22 G) | Fisher Scientific | 14-815-574 | Kollajen ekstrüzyonu için iğneler |
| Nexterion Slide H 3-D | Schott | NC0782819 Hidrofobik slaytlar | |
| PBS Tabletler | Thermo Fisher Scientific | 18912014 | |
| Polietilen Glikol 8000 | Fisher BioReagents | BP233-1 | |
| Dikişsiz Selüloz Diyaliz Tüpü ve nbsp; | Fisher Scientific | S25645G | |
| SnakeSkin Diyaliz Klipsleri | Thermo Fisher Scientific | PI68011 | |
| Synthware Cam Kesici | Synthware | 31-501-927 | Cam kesici seçeneği |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.