Fabricação de uma baseada em PCL Bioativos, "Self-fitting" Memória de Forma Polymer Andaime

1Department of Biomedical Engineering, Texas A&M University, 2Department of Material Science and Engineering, Texas A&M University, 3Institute of Advanced Materials and Technology, University of Science & Technology Beijing
Published 10/23/2015
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Bioengineering

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Nail, L. N., Zhang, D., Reinhard, J. L., Grunlan, M. A. Fabrication of a Bioactive, PCL-based "Self-fitting" Shape Memory Polymer Scaffold. J. Vis. Exp. (104), e52981, doi:10.3791/52981 (2015).

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Abstract

Introduction

Atualmente considerada o padrão ouro do crânio-maxilo-facial (CMF) Tratamentos de defeito ósseo, o transplante de enxerto autólogo colhido é prejudicado por procedimentos de enxerto complexos, área doadora morbidade e disponibilidade limitada 1. Uma dificuldade particular está a moldar e que fixa o auto-enxerto rígida firmemente no defeito de modo a obter a osteointegração e para evitar a reabsorção do enxerto. A engenharia de tecidos tem sido investigado como uma estratégia alternativa a auto-enxertia e substitutos ósseos artificiais (por exemplo, cimento ósseo) 2,3. Crítica para o sucesso de uma abordagem de engenharia de tecidos é um andaime com um conjunto específico de propriedades. Em primeiro lugar, a fim de alcançar a osteointegração, o andaime deve formar um contacto estreito com o tecido ósseo adjacente 4. O andaime também deve ser osteocondutor, permitindo a migração celular, difusão de nutrientes e neotissue 4,5 deposição. Este comportamento é geralmente conseguida com sca biodegradávelffolds exibindo uma morfologia de poro altamente interligada. Por último, o andaime deve ser bioativa, de modo a promover a integração e ligação com áreas de tecido ósseo 5.

Aqui, apresentamos um protocolo para preparar um andaime engenharia de tecidos com estas propriedades. Importante, este andaime exibe a capacidade de "auto-ajuste" em CMF irregulares defeitos, devido ao seu comportamento com memória de forma 6. Polímeros com memória de forma Thermoresponsive (SMPS) são conhecidos por sofrerem alteração da forma, por exposição ao calor 7,8. SMPs são compostas de "pontos de Netpoint" (isto é ligações cruzadas físicas ou químicas) que determinam a forma permanente e "segmentos de comutação" que mantêm a forma temporária e recuperar a forma permanente. Os segmentos de comutação exibem uma temperatura de transição térmica (t trans) correspondente, quer ao de transição vítrea (Tg) de transição ou fusão (Tm) do polímero. Comoresultado, SMPs pode ser deformado sequencialmente em uma forma temporária no T> T trans, fixado na forma temporária no T <T trans, e recuperou-se à forma permanente no T> T trans. Assim, um andaime SMP poderia conseguir "auto-ajuste" dentro de um defeito CMF da seguinte 6. Após a exposição a aquecer salina (T> T trans), um andaime SMP iria se tornar maleável, permitindo uma cilíndrico andaime genericamente preparado para ser em um defeito irregular mão-pressionado, com recuperação de forma promovendo a expansão do andaime para o limite defeito. Com o arrefecimento (T <T trans), o andaime voltaria ao seu estado relativamente mais rígida, com forma fixidez manter sua nova forma temporária dentro do defeito. Neste protocolo, um andaime SMP é preparado a partir de policaprolactona (PCL), um polímero biodegradável estudado extensivamente para a regeneração de tecidos e outras aplicações biomédicas 9-11. Para memória de forma, thE T M de PCL serve como a trans t e varia entre 43 e 60 ° C, dependendo do peso molecular do PCL 12. Neste protocolo, o T trans (ou seja, T m) do andaime é 56,6 ± 0,3 ºC 6.

A fim de alcançar osteocondutividade, foi desenvolvido um protocolo para fazer andaimes SMP baseados em PCL com poros altamente interligados com base num método de fundição 6,13,14-solvente partículas de lixiviação (SCPL). Diacrilato de policaprolactona (PCL-DA) (M = N ~ 10000 g / mol) foi utilizado para permitir a rápida, reticulação fotoquímica e foi dissolvido em diclorometano (DCM) para permitir-solvente sobre o molde de fundição de sal. Após cura fotoquímica e evaporação do solvente, o molde sal foi removido por lixiviação em água. O tamanho médio de sal regula o tamanho de poro andaime. Mais importante, o modelo de sal foi fundido com água antes de o solvente de fundição para alcançar poro interconnectivity.

A bioactividade foi conferida ao andaime SMP pela formação in situ de um revestimento nas paredes dos poros polydopamine 6. A bioactividade é frequentemente introduzido no andaimes pela inclusão de vidro ou de vidro cerâmico de enchimento 15. Contudo, estes podem dar origem a propriedades mecânicas indesejadas quebradiças. A dopamina tem sido mostrado para formar, uma camada aderente fina polydopamine em uma variedade de substratos 16-19. Neste protocolo, o andaime PMS foi submetido a uma solução ligeiramente básica (pH = 8,5) de dopamina para formar um revestimento de polydopamine nanothick em todas as superfícies de parede do poro 6. Além de aumentar a hidrofilicidade da superfície para melhorar a adesão e espalhamento, polydopamine tem sido mostrado para ser bioactivo em termos de formação de hidroxiapatite (HAp) após exposição ao fluido corporal simulado (SBF) 18,20,21. Num último passo, o andaime revestido é exposto a um tratamento térmico a 85 ° C (T> T trans) WHich leva a scaffold densificação. O tratamento térmico foi observado anteriormente a ser essencial para o comportamento de memória de forma andaime, talvez devido a domínios cristalinos PCL reorganizando a maior proximidade 14.

Nós descrevemos adicionalmente os métodos para caracterizar o comportamento de auto-montagem dentro de um defeito modelo irregular, moldar o comportamento de memória em termos de ensaios de compressão mecânica cíclico térmicos com deformação controlada (isto é, recuperação da forma e moldar fixidez), morfologia de poros, e de bioactividade in vitro. São também apresentadas estratégias para adequar propriedades de andaime.

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Protocol

1. Sintetizando PCL-DA Macrómero

  1. Execute a reação acrylation.
    1. Pesar 20 g de PCL-diol (M n = ~ 10000 g / mol) em frasco de 250 ml de fundo redondo equipado com uma barra de agitação magnética coberta de teflon.
    2. Dissolve-se o PCL-diol em DCM.
      1. Adicionar 120 mLlof DCM para o frasco (concentração = 0,17 g / ml).
      2. Coloque um septo de borracha frouxamente dentro do gargalo do frasco de modo a evitar a acumulação de pressão enquanto também previne a evaporação do DCM.
      3. Solução agitar durante ~ 30 min a ~ 250 rpm, para dissolver completamente o polímero.
    3. Adicionar ~ 6,6 mg de 4-dimetilaminopiridina (DMAP) à solução e dissolver sob agitação.
    4. Coloque um septo de borracha de forma segura no gargalo do frasco. Permitir que a solução de continuar a agitação.
    5. Através do septo de borracha, limpar suavemente o frasco com N2 durante ~ 3 min usando uma entrada de N2 positiva agulha e uma agulha de pressão abertacomo uma saída.
    6. Remover a entrada de N2 e de saída.
    7. Adicionar 0,56 ml (4,0 mmol) de trietilamina (Et3N) gota a gota através de uma seringa de vidro equipada com uma agulha introduzida através do septo de borracha.
    8. Adicionar 0,65 ml (8,0 mmol) de cloreto de acriloílo, gota a gota através de uma seringa de vidro equipada com uma agulha introduzida através do septo de borracha.
    9. E volta a uma entrada de N2 ao balão e permitir que o conteúdo a agitar sob pressão positiva de N2 durante ~ 30 min.
    10. Pré-aquecer num banho de óleo a 55 ° C.
    11. Após o atribuído ~ 30 min, remover a entrada de N2 e substituir o septo com um condensador.
    12. Mergulhe o balão no banho de óleo pré-aquecido.
    13. Deixar o conteúdo do balão em agitação durante 20 h.
    14. Após 20 h a alocado, retirar o balão do banho de óleo e permite que o conteúdo arrefecer até à TA.
    15. Usando um evaporador rotativo, remover o solvente DCM a partir do frasco.
  2. Purify o produto em bruto PCL-DA.
    1. Ao balão, adicionar ~ 135 ml de acetato de etilo e dissolve-se o produto em bruto PCL-DA.
    2. Gravidade filtrar a solução através de papel de filtro para um balão de fundo redondo de 250 ml limpo. (Nota: A solução pode engrossar no papel de filtro, não prontamente passar através Se assim for, cuidadosamente aplicar calor suave com uma pistola de aquecimento.).
    3. Usando um evaporador rotativo, remover solvente acetato de etilo a partir do frasco.
    4. Ao balão, adicionar ~ 140 ml de DCM e dissolver o produto em bruto PCL-DA.
    5. Transferir o conteúdo para um funil de separação de 500 mL.
    6. Para o funil, adicionar 13,5 mL de carbonato de potássio 2 M (K 2 CO 3).
    7. Tapar o funil. Misture delicadamente as duas camadas, invertendo o funil e rodando suavemente uma ou duas vezes, tomando cuidado para liberar a pressão através da torneira. Repita 3 vezes.
    8. Substituir a tampa com uma camada de Parafilm e permitir que a mistura para separar S / N (~ 12 h).
    9. Colete o fundo, oucamada gânica para um balão de Erlenmeyer de 250 mL.
    10. Adicionar ~ 5 g de sulfato de magnésio anidro (MgSO4) ao balão e agitar suavemente.
    11. Gravidade filtrar a mistura através de papel filtro qualitativo e em um ambiente limpo 250 ml balão de fundo redondo.
    12. Usando um evaporador rotativo, remover o solvente DCM a partir do frasco.
    13. Seca-se sob alto vácuo para remover o DCM residual. (Nota: PCL-DA devem ser armazenados longe da luz.)
    14. Confirme acrylation com 1H NMR 22,23.

2. Preparar o SMP Andaime (Figura 1)

  1. Prepare o modelo de sal fundido.
    1. Use de um peneiro de 425 | iM para se obter cloreto de sódio (NaCl) 460 ~ partículas ± 70 um de diâmetro. (Nota: O tamanho médio de partícula pode ser confirmado a partir de microscopia eletrônica de varredura [SEM] imagens com o software ImageJ.) 14
    2. Para um frasco de vidro de 3 ml (ID = 12,9 mm), adicionar 1,8 g de NaCl previamente peneirado.
    3. Adiciona-se lentamente, em quatro porções, 7,5% em peso (com base no peso de sal) água Dl (0,146 g), para o frasco. Misturar com uma espátula de metal, após a adição de cada porção de água.
    4. Tapar o frasco, enrole em tecido e colocar na vertical num tubo de centrifugação. Centrifugar durante 15 minutos a 3220 x g.
    5. Retire a tampa e deixe secar ao ar O / N (~ 12 horas).
  2. Em um novo frasco de vidro, preparar uma "solução de macrómero" pela combinação de 0,15 g de PCL-DA por ml de DCM. (Nota:. Para um andaime, ~ 1 ml de solução deve ser preparado) Tampão e misturar a solução a alta velocidade num misturador vortex durante ~ 1 min.
  3. Em um novo frasco de vidro de 3 ml, preparar uma "solução de foto-iniciador" com base em 10% em peso de 2,2-dimetoxi-2-fenil-acetofenona (DMP) em 1-vinil-2-pirrolidinona (NVP). Combinar 0,115 g de DMP em 1 ml de NVP. (Nota: Para um andaime, ~ 180 ul é necessária.) Cap, embrulhe em papel alumínio (para bloquear a luz) e misturar a solução em alta velocidade em um misturador de vórticepara ~ 1 min. (Nota: Se preparada com antecedência, a solução deve ser refrigerada e protegida da luz).
  4. Envolver o frasco contendo a solução de macrómero (excluindo a tampa) com folha de alumínio (para bloquear a luz) e adicionar através de uma pipeta de 15% em volume (baseada no volume total da solução de macrómero) da solução de foto-iniciador. Tampão e misturar a solução a alta velocidade num misturador vortex durante ~ 1 min.
  5. Envolver o frasco que contém o molde sal fundido (excluindo a tampa) com folha de alumínio (para bloquear a luz) através de uma pipeta e adicionar a solução de macrómero / fotoiniciador previamente preparada (~ 0,6 ml ou até que o molde está completamente coberta).
  6. Tapar o frasco, enrole em tecido e colocar na vertical num tubo de centrifugação. Centrifugar durante 10 minutos a 1.260 xg, para distribuir a solução de macrómero ao longo do molde.
  7. Remover a película de alumínio, uncap o frasco e expor à luz UV (365 nm, 25 W) durante 3 min. O ar seco / N.
  8. Retire o "scaffol contendo sald "do frasco para injectáveis ​​com uma pinça depois de marcar e fraturando a parte superior do frasco de vidro.
  9. Em um copo de 400 ml, prepara ~ 200 ml de uma água / solvente de etanol (1: 1 vol: vol).
  10. Manter o andaime submerso na água / solvente de etanol durante 4 dias, com mudanças de solvente diárias.
  11. Remover o andaime do solvente e seca ao ar, O / N.

3. Aplicando polydopamine Coating para SMP Andaime (Figura 1)

  1. Em 400 ml equipado com uma barra de agitação coberta de teflon, prepara ~ 200 ml de uma solução de cloridrato de dopamina (2 mg / ml em tampão Tris 10 mM, pH = 8,5, 25 ºC). Agita-se a ~ 150 rpm.
  2. Coloque uma agulha descartável (comprimento = 40 mm; calibre = 20) para o cadafalso, ~ metade da distância através do andaime. Enrole um fio ao redor do centro da agulha.
  3. Submerge o andaime (com o cubo de agulha acima da superfície da solução) na solução de dopamina agitação por ancoragem do fio até a borda do copo.
  4. Desgasificar o andaime, colocando uma seringa para dentro do cubo de agulha e utilizando-a para puxar o ar para fora do andaime. (Nota: A desgaseificação é completa quando não mais ar pode ser removido e a solução foi completamente infiltrado o andaime.)
  5. Manter o andaime submerso na solução de dopamina de se agitar durante 16 h.
  6. Remover o andaime a partir da solução e remover a agulha. Lavar com água desionizada e seco numa estufa de vácuo à temperatura ambiente durante 24 h.
  7. Colocar o andaime num forno de 85 ° C durante 1 h.
  8. Permitir que o andaime arrefecer até à TA. O andaime cilíndrico final será ~ 6 mm de diâmetro x ~ 5 mm de altura.

4. Avaliando o comportamento "auto-montagem"

  1. Preparar um "modelo de defeito CMF irregular" utilizando uma folha de plástico rígido cuja espessura é de aproximadamente 5 mm. Utilize uma broca para criar um vácuo dentro da folha de plástico com um diâmetro médio ligeiramente inferior a ~ 6 mm, como demonstrado na Figura 2A.
  2. Em abEaker, água Dl calor (representando o uso clínico de solução salina) a uma temperatura de ~ 60 ° C.
  3. Coloque o andaime para o copo de água ~ 60 ºC. Utilize uma pinça para empurrar o andaime abaixo da superfície da água, expondo todos os domínios para a água. Continuar para ~ 2 min ou até que o andaime é visivelmente amoleceu (Figura 2B).
  4. Remova o cadafalso na taça e pressione imediatamente (com a mão) no defeito modelo.
  5. Deixa-se arrefecer até à temperatura ambiente (~ 5-10 min) (Figura 2C).
  6. Retire do defeito para observar o novo, forma fixa temporária e o retorno do estado relativamente mais rígida (Figura 2D).

5. Teste de Comportamento Memória de Forma

  1. Utilizando um analisador mecânico dinâmico (DMA; por exemplo, um TA Instruments Q800, tal como aqui utilizado), executar um ensaio de compressão com deformação controlada cíclico térmico-mecânica sobre uma estrutura de suporte ao longo de dois ciclos de (N) para determinar a forma fixidez (R f) emoldar recuperação (R r) (Figura 3).
    1. Equilibrar a 60 ° C (T alto) durante 5 min.
    2. Comprimir a uma tensão máxima m = 50%) a 50% / min.
    3. Manter a ε m (5 min).
    4. Arrefecer até 25 ° C (T baixo) e manter durante 10 min para fixar a forma temporária.
    5. Remover a carga.
    6. Meça a tensão final no estado livre de estresse u).
    7. Aquecer de novo para 60 ° C (T alta) e manter durante 10 min para recuperar a forma permanente.
    8. Meça a tensão recuperado p).
    9. Enquanto ainda a 60 ° C (T alta), iniciar o ciclo de ND 2 (N = 2), comprimindo o andaime a 50% da altura recuperado após o ciclo de r 1 (n = 1).
    10. Repita 5.1.3-5.1.8 Para N = 2.
    11. Calcular R f R e R para N = 1 e 2, utilizando as seguintes equações:
      R f (n) = L (N) / ε m] r r (n) = [m ε - ε P (N)] / [m ε - ε p (N-1)]

6. A visualização Pore Tamanho e Pore Interconectividade

  1. Microscopia eletrônica de varredura (SEM; por exemplo, uma FEI Quanta SEM como aqui utilizado), observar o tamanho dos poros e poros interconectividade.
    1. Com uma pinça para segurar o andaime SMP, submergir em N2 líquido durante 1 min.
    2. Remover do N2 líquido e fractura ao longo do meio do andaime com uma lâmina de barbear limpo.
    3. Usando fita de carbono, apor uma das metades do SMP andaime sobre a amostrapalco com a superfície fraturada voltado para cima.
    4. Por pulverização catódica, revestimento com Au-Pt (~ 4 nm).
    5. Capturar a imagem SEM a uma voltagem de aceleração de 10-15 kV recomendado (Figura 4A).

7. Testes in vitro de bioatividade

  1. Num tubo de centrífuga de 50 ml, adicionar 30 ml de ~ 1X SBF 24.
  2. Obter um andaime em sua forma original é permanente, cilindricamente-moldado. Corte o andaime ao meio (em toda a borda circular) usando uma lâmina limpo.
  3. Coloque um andaime metade indivíduo no tubo de centrífuga preparada e cap.
  4. Manter o tubo a 37 ° C num banho de água em condições estáticas sem alterações SBF.
  5. Após 14 dias, remover o andaime de SBF e secar ao ar durante 24 horas.
  6. Usando a fita de carbono, apor o andaime para o palco amostra com a superfície fraturada voltado para cima.
  7. Por pulverização catódica, revestimento com Au-Pt (~ 4 nm).
  8. Capturar a imagem SEM em um rerecomendou tensão de aceleração de 10-15 kV (Figura 4B).

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Representative Results

O resultante PMS andaime baseado no PCL é capaz de auto-montagem em um modelo de defeito de CMF (Figura 2). Depois de uma breve exposição a aquecer salina (~ 60 ° C), o andaime cilíndrica amolece permitindo que a escora seja pressionada manualmente para dentro e para expandir dentro do defeito modelo. Após arrefecimento até à TA, o andaime é fixada na sua nova forma temporária, que é mantida após a remoção do defeito.

O comportamento de memória de forma de um andaime PMS é quantificada por ensaios de compressão mecânicas cíclicas-térmico com deformação controlada em termos de forma fixidez (R f) e recuperação de forma (R r) (Figura 3). Para este PMS andaime baseado no PCL, os valores (%) para ciclos n = 1 e 2 são as seguintes: Rf (1) = 102,5 0,7, Rf (2) = 101,8 0,3, R R (1) 95,3 0,9, e R r (2) = 0,2 6 99,8.

O andaime SMP exibe uma morfologia de poros altamente interligado como observadoimagiologia por SEM (Figura 4A). Isto foi conseguido através da utilização de um modelo de sal fundido, formado pela adição de uma pequena quantidade de água no sal peneirada (Figura 1).

Após a exposição ao fluido corporal simulado (SBF; 1X) durante 14 dias, SEM imagiologia confirma a formação de HAp (Figura 4B), indicando, assim andaime bioactividade.

figura 1
Figura 1. Esquema de preparação de SMP andaime revestido com polydopamine. ASMP andaime é fabricado através do protocolo descrito com base na cura fotoquímica de diacrilato policaprolactona (PCL-DA) utilizando um particulado-lixiviação de fundição de solvente (SCPL) método que emprega fundido modelo sal e aplicação de um revestimento bioactivo polydopamine. O tratamento térmico final a 85 ° C (T> T trans) induz andaime densificação. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2. A observação do comportamento de auto-montagem. Um andaime PMS cilíndrica (~ 6 mm de diâmetro x altura ~ 5 mm) é montado dentro de um "modelo de defeito irregulares" (A) como se segue. Após aquecimento em água a ~ 60 ° C (T> T trans), o andaime amolece e se torna maleável (B) e, portanto, pode ser pressionado mecanicamente ("equipado") dentro do defeito modelo (C). Após arrefecimento até à TA, o andaime PMS é removido e mantém a sua forma nova, fixa temporária (D). Por aquecimento subsequente em ~ 60 ° C, o andaime é submetido a recuperação da forma para a forma cilíndrica original, genérico.

Figura 3
Figura 3. Medição do comportamento de memória de forma. O comportamento de memória de forma de um andaime PMS é quantificada através de um teste de compressão mecânica cíclico térmico controlado por pressão sobre um andaime para determinar forma fixidez (R f) e recuperação de forma (R R) com base em medições de ε m, ε u e ε p. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4. A observação de PORe interconectividade e formação de hidroxiapatita (HAp). imagens Representante SEM de um não revestido, tratados termicamente SMP andaime (barra de escala = 200 um) (a) e revestido, tratados termicamente andaime após a exposição à SBF (1X) por 14 dias (barra de escala = 50 mm) (B). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

Este protocolo descreve a preparação de, uma estrutura de suporte com base em PCL revestidos por polydopamine cujo comportamento de auto-montagem, bem como osteoindutividade e bioactividade, faz com que seja de interesse para o tratamento de defeitos ósseos irregulares CMF. Aspectos do protocolo pode ser alterado para alterar várias características de andaime.

O protocolo começa com um acrylation de PCL-diol para permitir a cura por UV. No exemplo relatados, o PCL-diol H n é ~ 10000 g / mol. No entanto, ajustando de forma adequada quantidade de cloreto de acriloílo e Et3N utilizado durante a síntese de PCL-DA, um diol de PCL com um Mn mais elevado ou mais baixo pode ser utilizado para diminuir ou aumentar, respectivamente, a densidade de reticulação.

O modelo de sal fundido é uma componente importante para o protocolo (Figura 1). O tamanho médio de sal determina o tamanho dos poros andaime resultante. No exemplo descrito, o tamanho médio de sal foi ~ 460 ± 70 &# 181; m. Enquanto um tamanho menor de sal pode ser utilizado, ele deve ser mantido em mente que o andaime é submetido a contracção durante o passo final de tratamento térmico, que irá reduzir o tamanho dos poros. Britadeira de o sal é utilizado para diminuir a distribuição de tamanho de sal e, portanto, a distribuição de tamanho de poro. Para produzir uma estrutura de suporte com poros altamente interligados, sal de fusão foi induzida através da adição de uma pequena quantidade de água (7,5% em peso com base no peso de sal). Isso é conhecido para dissolver parcialmente as partículas de NaCl isolado em um modelo poragen contínua 25,26. Dependendo do tamanho médio de sal, a quantidade de água adicionada deve ser ajustado 14. Além disso, durante a fusão sal, a água deve ser gradualmente adicionada, misturada mecânica e finalmente centrifugadas para assegurar a sua distribuição uniforme, bem como o empacotamento das partículas de sal.

Após ter formado o sal de molde fundido, o PCL-DA é dissolvido em DCM para solvente de fundição. No protocolo descrito, um ConcentraçãFoi utilizado N de 0,15 g de PCL-DA por 1 ml de DCM. Esta concentração pode ser aumentada ou diminuída. No entanto, enquanto concentrações crescentes é esperado um aumento andaime módulo, também pode produzir scaffolds com menor poro interconectividade 14.

Uma vez que a solução precursora foi adicionado para o molde sal, centrifugação é útil para auxiliar na sua difusão para dentro do molde. Após uma rápida cura por UV, secagem ao ar permite a evaporação do solvente DCM. Após a remoção do molde, o andaime é embebida em água / etanol (1: 1 vol: vol) durante 4 dias para remover o molde de sal. SEM imagiologia confirma a formação de um poro morfologia altamente interligada (Figura 4A).

Um revestimento polydopamine é aplicado às paredes dos poros do andaime para conferir bioactividade. Devido ao encolhimento resultante andaime, é melhor para aplicar o revestimento antes do passo de tratamento térmico final 6. Além disso, a desgaseificaçãoo andaime ao mesmo tempo submerso na solução aquosa dopamina auxilia a infiltração. Os restos de andaime desgaseificadas submersas na solução de facilitar a cobertura polydopamine uniforme. Uma vez revestido e cuidadosamente lavados, o andaime anteriormente branco apresenta uma cor marrom característica de polydopamine 21. Assim, a cobertura em todo o andaime pode ser avaliada por inspeção visual por reduzir para metade a um andaime para confirmar polydopamine difusão.

Após a aplicação do revestimento polydopamine, um tratamento térmico final seja realizado (85 ° C, 1 h). Como se observa, este processo resulta em encolhimento andaime. No entanto, o tratamento térmico é essencial para alcançar o comportamento de memória de forma 14, talvez devido à reorganização dos domínios cristalinos PCL (ou seja, segmentos de comutação) na proximidade.

Como mostrado na Figura 2, o andaime SMP conseguiu auto-montagem em um modelo de defeito devido ao seu thermoresponsive me moldarmory natureza. A exposição a aquecer salina (~ 60 ° C) de fusão induzidas dos domínios cristalinos PCL, de tal modo que o andaime amolecida poderia ser pressionada para dentro do defeito modelo. Quando a pressão manual foi lançado, a recuperação de forma promoveu a expansão do andaime para preencher as fronteiras irregulares. Após arrefecimento até à TA, os domínios cristalinos PCL reformada, que fixa a escora na sua nova forma temporária que foi mantida após a remoção do defeito. Anteriormente, confirmou-se que os poros ao longo das bordas do andaime removido permaneceu bastante aberto, apesar de contacto com o molde 6.

Quando medido por testes térmicos-cíclico de compressão mecânicos com deformação controlada (Figura 3), o comportamento de memória de forma ideal é caracterizado por R f e r r valores de 100%. Para o SMP scaffold descrito, os valores de F r para os ciclos 1 e 2 foram ligeiramente> 100% 6. Rf foi anteriormente observado para ser ligeiramente grcomedor de 100% 14,27 devido a um ligeiro aumento na força de compressão durante a fixação forma a recristalização a partir de segmentos de PCL em estruturas mais compactas 27 ou a partir de recristalização induzida por compressão de PCL. Além disso, R R aumentou de ciclo para ciclo 1 2 6. Um aumento nos valores de R R tenha sido previamente conhecido por sólido 28,29,22 e porosa SMPs 13,14,23. Pensa-se que, durante o primeiro ciclo, a tensão residual proveniente de processamento é removido tais que a recuperação forma aumentos no próximo ciclo de 7.

O andaime engenharia de tecidos descrito atinge o conjunto específico de propriedades críticas para o sucesso do tratamento de defeitos ósseos CMF. É esperado que o andaime para facilitar a osseointegração através de sua capacidade de "auto-ajuste" dentro de um defeito ósseo irregular CMF. Osteocondutividade é previsto com base no interconectividade dos poros, bem como atingidabiodegradabilidade andaime. Finalmente, devido ao revestimento polydopamine, o andaime é bioactivo, conforme indicado pela formação de HA durante os testes in vitro (Figura 4B). Este bioatividade está previsto para facilitar a integração e ligação com áreas de tecido ósseo. Assim, este andaime representa uma alternativa a auto-enxertia e substitutos ósseos convencionais para CMF reparo de defeito ósseo.

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Acknowledgements

Os autores agradecem a Texas A & M University Engenharia e Estação Experimental (T) para apoio financeiro desta pesquisa. Lindsay prego agradece o apoio do Texas A & M University Louis Stokes Aliança de Participação minoritária (LSAMP) ea National Science Foundation (NSF) Programa de Bolsas de Pós-Graduação de Pesquisa (GRFP). Zhang Dawei, graças a Texas A & M University Dissertação companheirismo.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Polycaprolactone-diol (Mn ~ 10,000 g/mol) Sigma-Aldrich 440752
Dichloromethane (DCM) Sigma-Aldrich D65100 Dried over 4A molecular sieves
4-dimethylaminopyridine (DMAP) Sigma-Aldrich D5640
Triethylamine (Et3N) Sigma-Aldrich T0886
Acryloyl chloride Sigma-Aldrich A24109
Ethyl acetate Sigma-Aldrich 319902
Potassium carbonate (K2CO3) Sigma-Aldrich 209619
Anhydrous magnesium sulfate (MgSO4) Fisher M65
Sodium chloride (NaCl) Sigma-Aldrich S9888
2,2-dimethoxy-2-phenyl acetophenone (DMP) Sigma-Aldrich 196118
1-vinyl-2-pyrrolidinone (NVP) Sigma-Aldrich V3409
Ethanol Sigma-Aldrich 459844
Dopamine hydrochloride Sigma-Aldrich H8502
Tris buffer (2mol/L) Fisher BP1759 Used at 10 mM concentration, pH = 8.5
Sieve VWR 47729-972
UV-Transilluminator (365 nm, 25 W) UVP 95-0426-02
Centrifuge Eppendorf 5810 R
Dynamic Mechanical Analyzer (DMA) TA Instruments Q800
High Resolution Sputter Coater Cressington 208HR
Scanning Electron Microscope (SEM) FEI Quanta 600

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References

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