生理活性、PCLベースの「セルフフィット」形状記憶ポリマー足場の作製

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

現在、頭蓋顎顔面(CMF)骨欠損治療のゴールドスタンダードと考えられ、収穫自家移植片の移植は複雑な移植手順、ドナー部位の罹患率と限られた可用性1によって妨げられています。特定の困難は、オッセオインテグレーションを得るために、グラフトの再吸収を防止するために、欠陥にしっかり剛性自家移植片を成形し、固定されています。組織工学は、自家移植の代替戦略と合成骨代替物( 例えば、骨セメント)-2,3-として研究されてきました。組織工学的アプローチの成功に重要なプロパティの特定のセットとの足場です。まず、オッセオインテグレーションを得るために、足場は、隣接する骨組織4との密接な接触を形成しなければなりません。足場はまた、細胞移動、栄養拡散とneotissue堆積4,5を可能にして、骨伝導性でなければなりません。この動作は、一般的に、生分解性、SCAで達成されます高度に相互接続孔の形態を呈するffolds。骨組織5を周囲との統合との結合を促進するために、最後に、足場は、生物活性であるべきです。

ここでは、これらの特性を持つ組織工学の足場を準備するためのプロトコルを提示します。重要なことには、この足場は、形状記憶挙動6による不規則なCMF欠陥に「自己適合」する能力を示します。温度応答性形状記憶ポリマー(SMPS)は、7,8の熱への暴露時に形状変化を起こすことが知られています。 SMPSが永続的形状および一時的形状を維持し、永続的形状を回復する「スイッチングセグメントを「決定」netpoints」( すなわち 、化学的または物理的架橋)から構成されています。スイッチングセグメントはガラス転移(T g)のいずれかに相当する熱転移温度(T トランス)を示すか、ポリマーの転移(T mを)溶かします。として結果は、SMPSが順次T <T トランスで一時的な形状に固定し、T> T トランスでの一時的な形状に変形し、T> T トランスで永続的形状に回復することができます。 6を次のようにこのように、SMP足場は、CMFの欠損内に「自己フィッティング」を達成できました。生理食塩水(T> T トランス)を温めるに暴露した後、SMP足場は、形状回復が不良境界に足場の拡大を推進して、凹凸欠陥に手で押したように一般的に準備された円筒状の足場を許可する、可鍛性になります。 (T <T トランス)を冷却すると、足場は形状固定性が欠損内に、新しい一時的な形状を維持しながら、その比較的より剛性の状態に戻ることになります。このプロトコルでは、SMPの足場は、生分解性ポリマーは、組織再生、および他の生物医学的用途のために広く研究9-11、ポリカプロラクトン(PCL)から調製されます。形状記憶のために、目PCLのEのT mは、T トランスとして機能し、PCL 12の分子量に応じて、43〜60ºCの間で変化します。このプロトコルでは、足場のT トランスすなわち T m)56.6±0.3ºC6です。

骨伝導性を達成するために、プロトコルは、溶媒キャスティング微粒子浸出(SCPL)法6,13,14に基づいて高度に相互接続された細孔を有するPCLベースSMP足場を作るために開発されました。ポリカプロラクトンジアクリレート(PCL-DA)(M = N〜10,000グラム/モル)を急速な、光化学的な架橋を可能にするために利用された塩のテンプレート上溶剤キャストを可能にするために、ジクロロメタン(DCM)に溶解しました。光化学硬化、溶媒の蒸発の後、塩のテンプレートを水に浸出することによって除去しました。平均塩サイズは足場の細孔サイズを調節します。重要なことには、塩テンプレート前細孔interconnectiviを達成するために、キャスティング溶媒を水と融合しましたTY。

生物活性は、細孔壁6上にポリドーパミンコーティングその場形成のことで、SMPの足場に付与しました。生物活性は、多くの場合、ガラスまたはガラス-セラミック充填材15を含めることによって足場に導入されます。しかし、これらは、望ましくない脆性、機械的特性を生じ得ます。ドーパミンは、基板16〜19の様々な上に付着し、薄いポリドーパミン層を形成することが示されています。このプロトコルでは、SMPの足場は、すべての細孔壁面6にポリドーパミンのnanothickコーティングを形成するためにドーパミンのわずかに塩基性液(pH = 8.5)に供しました。改善された細胞接着のための表面の親水性を向上させ、拡散に加えて、ポリドーパミンは、擬似体液(SBF)18,20,21への曝露の際に、ハイドロキシアパタイト(HAP)を形成するという点で生物活性であることが示されています。最後のステップでは、コートされた足場は、85ºC(T> T トランス)WHで熱処理を露出させますICHは、足場の高密度化につながります。熱処理は、以前おそらく近接14に再編成するPCLの結晶ドメインに、足場形状記憶動作のために必須であることが認められました。

我々はさらに、孔の形態を、不規則なモデル欠陥内のセルフフィット挙動を特徴づけるための方法を記載するという点でひずみ制御環状の熱機械的圧縮試験を形状記憶挙動( すなわち形状回復と定着性を形作る)、 および in vitro生物活性 。足場の特性を調整するための戦略も提供されます。

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Protocol

1. PCL-DAマクロマーの合成

  1. アクリルの反応を実行します。
    1. テフロンで覆われた磁気撹拌棒を備えた250mlの丸底フラスコにPCLジオール(N = M〜10,000グラム/モル)を20gを秤量します。
    2. DCM中のPCLジオールを溶解します。
      1. フラスコ(濃度= 0.17グラム/ミリリットル)に120 mLlof DCMを追加します。
      2. 圧力上昇を避けるためにも、DCMの蒸発を防止しながら、フラスコの首に緩くゴム隔膜を配置します。
      3. 〜250rpmで30分間〜攪拌溶液がポリマーを完全に溶解しました。
    3. 溶液に4-ジメチルアミノピリジン(DMAP)の〜6.6ミリグラムを加え、撹拌しながら溶解します。
    4. フラスコの首にしっかりとゴム隔膜を配置します。ソリューションは、攪拌を継続することを許可します。
    5. ゴム隔膜を介して、優しく、正N 2圧力針入口とオープン針を使用して〜3分間N 2でフラスコをパージアウトレットとして。
    6. N 2入口と出口を削除します。
    7. ゴム製セプタムを通して挿入された針を備えたガラス製シリンジを介して滴下し、トリエチルアミン(Et 3 Nを)の0.56ミリリットル(4.0ミリモル)を追加します。
    8. ゴム製セプタムを通して挿入された針を備えたガラス製シリンジを介して塩化アクリロイルを滴下の0.65ミリリットル(8.0ミリモル)を追加します。
    9. フラスコに、N 2注入口を返し、その内容は〜のために、正N 2圧下で30分間攪拌することができます。
    10. 55ºCにオイルバスを事前に加熱します。
    11. 割り当てられた〜30分後、N 2注入口を削除し、凝縮器をセプタムを交換してください。
    12. 予備加熱した油浴中にフラスコを浸し。
    13. フラスコの内容物を20時間撹拌します。
    14. 割り当てられた20時間後、油浴からフラスコを除去し、内容物を室温に冷却します。
    15. ロータリーエバポレーターを使用して、フラスコからDCMの溶媒を除去します。
  2. P粗製のPCL-DA製品をurify。
    1. フラスコに、酢酸エチル〜135ミリリットルを加え、粗PCL-DAを溶解します。
    2. 重力はきれいな250ミリリットル丸底フラスコにろ紙を通して溶液をフィルタリングします。 (注:ソリューションを容易に通過しない、ろ紙上に厚くすることができるので、慎重に加熱銃で穏やかな熱を適用する場合。。)
    3. ロータリーエバポレーターを使用して、フラスコから酢酸エチルの溶媒を除去します。
    4. フラスコに、DCMの〜140ミリリットルを加え、粗PCL-DAを溶解します。
    5. 500ミリリットル分液漏斗にコンテンツを転送します。
    6. ロートに、2 M炭酸カリウム(K 2 CO 3)の13.5ミリリットルを追加します。
    7. ファンネルキャップ。ゆっくりコックを介して圧力を解放するように注意しながら、漏斗を反転し、穏やかに一度か二度旋回することにより、2層を混合。 3回繰り返します。
    8. パラフィルムの層でキャップを交換し、混合物は、O / N(〜12時間)を分離することができます。
    9. 底を収集し、または250ミリリットルの三角フラスコにganic層。
    10. フラスコに無水硫酸マグネシウム(MgSO 4)の〜5グラムを加え、穏やかに渦巻きます。
    11. 重力は丸底フラスコ定性濾紙とクリーン250ml中に混合物をフィルタリングします。
    12. ロータリーエバポレーターを使用して、フラスコからDCMの溶媒を除去します。
    13. 残留DCMを除去し、高真空下で乾燥。 (注:PCL-DAは光から離して保管する必要があります。)
    14. 1 H NMR 22,23とアクリルを確認してください。

SMP足場(図1)を準備する。2.

  1. 溶融塩のテンプレートを準備します。
    1. 直径〜460±70μmの塩化ナトリウム(NaCl)で粒子を得るために425ミクロンのふるいを使用してください。 (注:平均粒径は、ImageJソフトウェアを走査型電子顕微鏡[SEM]像から確認することができる。)14
    2. 3ミリリットルのガラスバイアル(ID = 12.9ミリメートル)には、以前にふるいにかけNaClを1.8グラムを追加します。
    3. ゆっくりとバイアルに(塩の重量に基づく)、4回に分けて、DI水(0.146グラム)を7.5重量%を追加します。水の各部分を加えた後、金属へらで混ぜます。
    4. バイアルに蓋を、組織内にラップし、遠心分離管に垂直に配置します。 3,220×gで15分間遠心。
    5. キャップを外し、空気乾燥O / N(〜12時間)をしましょう​​。
  2. 新しいガラスバイアルに、DCM 1ml当たりPCL-DA 0.15gのを組み合わせることにより、「マクロマー溶液」を調製します。 (注:1の足場のために、〜1mlの溶液を準備する必要があります)キャップとは〜1分間ボルテックスミキサー上で高速で溶液を混合。
  3. 新しい3 mLのガラスバイアル中、1-ビニル-2-ピロリドン(NVP)10重量%の2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン(DMP)に基づいて、「開始剤溶液」を調製します。 NVP 1mlにDMPの0.115グラムを組み合わせます。 (注:1の足場のために、〜180μLが必要です。)キャップ、(光を遮断する)アルミホイルで包み、ボルテックスミキサーで高速で溶液を混合〜1分間。 (注:上級で製造した場合、溶液は冷蔵し、光から保護されるべきです。)
  4. アルミホイルで(キャップ​​除く)マクロマー溶液を含むバイアルをラップ(光を遮断するために)、およびピペットで15体積%を追加の光開始剤溶液(マクロマー溶液の全体積に基づいて)。キャップと〜1分間ボルテックスミキサー上で高速で溶液を混合。
  5. (光を遮断する)アルミホイルで(キャップ​​を除く)溶融塩テンプレートを含むバイアルをラップし、ピペットで先に調製したマクロマー/光開始剤溶液(〜0.6ミリリットルまたはテンプレートが完全に覆われるまで)を追加します。
  6. バイアルに蓋を、組織内にラップし、遠心分離管に垂直に配置します。テンプレート全体マクロマー溶液を配布する1,260×gで10分間遠心。
  7. 、アルミホイルを外し、バイアルをキャップを取ると3分間UV光(365nmの、25 W)に公開します。空気乾燥O / N。
  8. 「塩含有scaffolを削除ガラスバイアルの上部を得点し、破砕した後、ピンセットでバイアルからD」。
  9. (:1容量:容量1)400ミリリットルビーカーに、水/エタノールの溶媒〜200ミリリットルを準備します。
  10. 毎日の溶媒変更で4日間水/エタノール溶媒中に沈め足場を維持します。
  11. 溶剤や空気乾燥O / Nから足場を取り外します。

3. SMP骨格にポリドーパミンコーティングを塗布する(図1)

  1. テフロン被覆された撹拌棒を備えた400ミリリットルのビーカーでは、ドパミン塩酸塩溶液の〜200ミリリットル(10 mMトリス緩衝液中の2 mg / mlの、pH値= 8.5、25ºC)を準備します。 〜150rpmで攪拌​​します。
  2. 距離の半分足場を介して足場に、〜;使い捨て針(ゲージ= 20の長さ= 40 mm)を配置します。針ハブの周りにワイヤーをラップします。
  3. ビーカーの縁にワイヤーを固定することにより、攪拌ドーパミン溶液に(溶液表面上の針ハブ付き)足場を沈めます。
  4. 針ハブにシリンジを配置し、足場から空気を引くためにそれを使用して足場を脱気。 (注:より多くの空気が除去できない場合に脱ガスが完了し、溶液を完全に足場に浸透しています。)
  5. 16時間攪拌したドーパミン溶液中に沈め足場を維持します。
  6. 溶液から足場を外し、針を取り除きます。 24時間室温で真空オーブン中でDI水とドライで洗い流してください。
  7. 1時間85ºCオーブンに足場を置きます。
  8. 足場を室温に冷却します。最終的な円筒状の足場は〜直径6mm X〜5ミリメ​​ートルの高さになります。

4.「セルフフィット」行動を評価します

  1. 厚さ〜5mmである硬質プラスチックのシートを使用して、「不規則なCMF欠損モデル」を用意します。 図2Aに示されたように、〜6ミリメートルよりもわずかに小さい平均直径を有するプラスチックシート内の空隙を作成するためにドリルを使用してください。
  2. ABで(生理食塩水の臨床使用を表す)エーカー、熱DI水〜60ºCの温度。
  3. 〜60ºC、水の入ったビーカーの中に足場を置きます。水にすべての領域を露出させ、水面下の足場をプッシュするためにピンセットを使用してください。 〜2分間、または足場が著しく( 図2B)を軟化するまで続けます。
  4. ビーカーから足場を取り外し、すぐにモデルの欠損部に(手で)を押します。
  5. RT(〜5〜10分間)( 図2C)に冷却してください。
  6. 新しい、固定の一時的な形状と比較的より剛性の状態( 図2D)のリターンを観察する欠陥から削除します。

5.テスト形状記憶挙動

  1. 動的機械的分析器の使用(DMA;本明細書中で使用される、例えば 、TA InstrumentsのQ800)を、2サイクル(N)の形状固定性( 中、R f)を決定すると、足場の上に歪み制御環式熱機械的圧縮試験を実行します形状回復(R rの)( 図3)。
    1. 5分間60℃( T)に平衡化。
    2. 50%/分で最大ひずみ(εM = 50%)に圧縮します。
    3. εm (5分)でホールド。
    4. 25℃( T)に冷却し、一時的な形状を固定するための10分間維持します。
    5. 負荷を削除します。
    6. ストレスのない状態での究極のひずみ(εU)を測定します。
    7. 60°C(T )に再加熱し、10分には永続的形状を回復するために維持します。
    8. 回収されたひずみ(εp )を測定します。
    9. まだ(T )、60℃で、2 番目のサイクルを開始する(N = 2)1 回目のサイクルの後に回収され、高さ(N = 1)の50%に足場を圧縮しています。
    10. 5.1を繰り返します.3-5.1.8、N = 2のため。
    11. 以下の式を使用して、N = 1および2のR fおよびR rを計算します。
      中、R f(N)= [U(N)/εmのε]のR R(N)= [εm - εP(N)] / [εm - εpを(N-1)]

6.可視化細孔サイズおよび細孔相互接続性

  1. 走査型電子顕微鏡の使用(SEM;本明細書中で使用される例えば FEI QuantaがSEM)を、孔径および孔相互接続性を観察します。
    1. ピンセットを使用して、SMPの足場を保持1分間液体N 2中に沈めました。
    2. きれいなカミソリの刃で足場の中央に沿って液体N 2と骨折から削除します。
    3. カーボンテープを用いて、試料上にSMP足場半分の一方を固定破断面を上に​​向けてステージ。
    4. 金 - 白金(〜4 nm)のでコートをスパッタ。
    5. 10〜15 kVの( 図4A)の推奨加速電圧でのSEM画像をキャプチャします。

インビトロ生物活性の7テスト

  1. 50mlの遠心分離管に、〜1×SBF 24の30ミリリットルを追加します。
  2. 元の、円筒状に成形された永続的形状に足場を取得します。きれいなブレードを用いて(円形縁全体に)半分に足場をカットします。
  3. 準備された遠心管とキャップ内に個々の足場半分を置きます。
  4. 無SBF変更を静的条件下での水浴中で37℃でチューブを維持します。
  5. 14日後、24時間SBF、空気乾燥から足場を取り外します。
  6. カーボンテープを使用して、破断面を上に​​向けて試料ステージ上に足場を固定。
  7. 金 - 白金(〜4 nm)のでコートをスパッタ。
  8. 再でSEM画像をキャプチャ10〜15 kVの( 図4B)の加速電圧を賞賛しました。

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Representative Results

得られたPCLベースSMP足場は自己フィッティングモデルCMF欠陥に( 図2)が可能です。短時間の露光後の生理食塩水(〜60℃)を暖めるために、円筒状の足場は、足場が手動に押され、モデルの欠陥内で膨張することができるように柔らかく。室温まで冷却した後、足場が欠陥から除去する際に保持され、新しい一時的な形状に固定されています。

SMP足場の形状記憶挙動は、形状固定性( 中、R f)及び形状回復(R rの)( 図3)の条件で歪制御環式熱機械的圧縮試験によって定量化されます。このPCLベースのSMP足場については、サイクルの値(%)N = 1と2は、次のとおりです。 中、R f(1)= 102.5 0.7 、R f(2)= 101.8 0.3、RをR(1)95.3 0.9、およびR rを(2)99.8 0.2 6 =。

観察されたように、SMP足場は、高度に相互接続孔の形態を表示しますSEM画像( 図4A)によります。これは、ふるい分け塩( 図1)に少量の水を添加することによって形成された溶融塩のテンプレートを使用することによって達成されました。

擬似体液(SBF; 1X)への曝露後14日間、SEMイメージングは、それによって足場の生物活性を示すのHAp( 図4B)の形成が確認されました。

図1
ポリドーパミンで被覆されたSMPの足場を製造するための図1の回路図。ASMP足場を作製するポリカプロラクトンジアクリレート(PCL-DA)の光化学治療法に基づいて説明したプロトコルを介して溶融塩テンプレートを使用する溶剤キャスト微粒子浸出(SCPL)を用いる方法生理活性ポリドーパミンコーティングの適用。 85°C(T> T トランス)での最終熱処理は足場デンを誘導sification。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2
自己フィッティング動作図2.観測。円筒形のSMP足場(〜X〜5ミリメートルの高さ、直径6mm)」は、不規則な欠陥モデル」に装着されている(A)としては、以下の通りです。モデル欠陥(C)中の〜60ºC(T> T トランス)、足場は軟化し、可鍛性になる(B)を 、したがって、機械的に(「装着」)を押すことができるの水中で加熱します。 RTに冷却後、SMP足場を取り出し、新しい固定一時的な形状(D)を保持されています。 〜60℃で、その後の加熱により、足場は、元の、一般的な円筒形状に形状回復を受けます。

図3
形状記憶挙動を図3の測定。SMP足場の形状記憶挙動は、形状固定性( 中、R f)に基づいて形状回復(R rを)決定するために足場上の歪み制御環式熱機械的圧縮試験により定量化されますεmの測定、εU、εP。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図4
PORの図4.観察電子相互接続およびハイドロキシアパタイト(HAP)の形成。コーティングされていない、熱処理されたSMP足場の代表的なSEM像(スケールバー= 200μm)の(A)及びコーティングされ、14日間SBF(1X)に曝露した後、熱処理された足場(スケールバー= 50μm)と(B)。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

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Discussion

このプロトコルは、自己フィッティング行動だけでなく、骨誘導性および生物活性ポリドーパミン被覆された、PCLベースの足場の製造を記載し​​、不規則なCMFの骨欠損の治療に関心のそれを作ります。プロトコルの態様は、様々な骨格の機能を変更するために変更することができます。

プロトコルは、UV硬化を可能にするために、PCLジオールのアクリルから始まります。報告された例では、PCLジオールのM nは〜10,000グラム/モルです。しかし、適切にN塩化アクリロイルとPCL-DAの合成中に使用されるのEt 3 N、より高いまたはより低いMとPCLジオールの量を調整することにより、それぞれ、架橋密度を減少または増加させるために利用されてもよいです。

溶融塩テンプレートは、プロトコル( 図1)への重要な構成要素です。平均的な塩分のサイズが得られた足場の孔のサイズを決定します。説明した例では、平均的な塩の大きさは460〜±70でした&#181;メートル。より小さい塩サイズを利用することができるが、それは、足場は、細孔サイズが小さくなり、最終的な熱処理工程中に収縮することに留意すべきです。塩は、塩のふるいサイズ分布、従って、細孔サイズ分布を減少させるために利用されます。高度に相互接続された細孔を有する足場を製造するために、塩の融合は、少量の水(塩の重量に基づいて7.5重量%)の添加によって誘導しました。これは、部分的に連続的なポラゲンテンプレート25,26に単離されたNaCl粒子を溶解することが知られています。平均塩の大きさに応じて、水を添加量が14を調整する必要があります。さらに、塩溶融中に、水は徐々に、機械的に混合し、最終的に均一な分布だけでなく、塩粒子の充填を確実にするために遠心分離を追加する必要があります。

溶融塩のテンプレートを形成した、PCL-DAは、溶媒キャスティングのためのDCMに溶解します。記載されたプロトコルで、concentratioDCMを1mlあたりPCL-DAの0.15グラムのnを使用しました。この濃度が増加または減少させることができます。増加する濃度の足場弾性率を増加させることが予想されるがしかし、それはまた、より低い孔14との相互接続性足場を生成することができます。

前駆体溶液は、塩型に追加された後、遠心分離は、テンプレートにその普及に側近に便利です。迅速なUV硬化の後、空気乾燥は、DCMの溶媒の蒸発を可能にします。塩のテンプレートを除去するために、4日間(容量:1容量1)金型から取り出した後、足場を、水/エタノール中に浸漬します。 SEM画像は、高度に相互接続された孔の形態( 図4A)の形成を確認します。

ポリドーパミンコーティングは、生物活性を付与するために、足場の孔壁に適用されます。得られた足場の収縮に、最終熱処理工程6の前にコーティングを適用することをお勧めします。加えて、脱気水性のドーパミン溶液に沈めながら足場は浸潤を支援します。溶液中に沈め脱気骨格跡は、均一なポリドーパミン被覆を容易にします。一度コーティングし、十分に洗浄し、以前に白い足場は、ポリドーパミン21の茶色の色特性を示します。したがって、足場全体にカバレージをポリドーパミン拡散を確認するために足場を半分にすることにより、視覚的検査によって評価することができます。

ポリドーパミンコーティングを塗布した後、最終熱処理は、(85ºC、1時間)を行います。述べたように、このプロセスは、足場の収縮をもたらします。しかしながら、熱処理は、近接しておそらくPCLの結晶ドメイン( すなわち、スイッチングセグメント)の再編成のために、形状記憶挙動14を達成するために不可欠です。

図2に示すように 、SMPの足場は、その温度応答性形状私にモデル欠陥自己嵌合を達成しますMORY自然。生理食塩水を温めるために露出軟化足場がモデル欠陥に圧入することができるように、PCLの結晶ドメインの(〜60℃)で誘導される溶融。マニュアル圧力がリリースされた時、形状回復は、不規則な境界を埋めるために足場の拡大を推進しました。室温まで冷却すると、PCL結晶ドメインは、欠陥から除去する際に保持された、新しい一時的な形状に足場を固定、改革します。以前、我々は削除足場の縁に沿って孔が金型6との接触にもかかわらず、非常にオープンなままであることが確認されました。

歪み制御環式熱機械的圧縮試験( 図3)により測定した場合、理想的な形状記憶挙動は100%のR fおよび R rの値によって特徴付けられます。説明SMP足場については、サイクル1および2のR f値は、わずかに> 100%であった6。 R fは先に少しグラムであることが観察されています原因27よりコンパクトな構造にまたはPCLの圧縮によって誘発される再結晶からのPCLセグメントの再結晶からの形状の定着時の圧縮歪みがわずかに増加する100%14,27よりも食べます。また、R rはサイクル2〜6サイクル1から増加。R rの増加は、以前28,29,22固体と多孔質のSMP 13,14,23のために注目されています。これは、最初のサイクルの間に、処理に由来する残留歪みは、次のサイクル7のように形状回復増加除去されると考えられます。

説明組織工学足場は、CMFの骨欠損の治療の成功のための重要な特性の特定のセットを実現しています。足場は、「自己適合」不規則なCMFの骨欠損内にその能力を介して骨結合を促進することが期待されます。骨伝導性は同様に達成細孔の相互接続性に基づいて予測されます足場生分解性。 in vitro試験図4B)の間に、HAの形成によって示されるように、最後に、原因ポリドーパミンコーティングに、足場は、生物活性です。この生物活性は、骨組織の周囲との統合との結合を促進すると予測されます。したがって、この足場は、CMF骨欠損の修復のための自己移植従来の骨代替の代替を表します。

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Acknowledgements

著者は、テキサスA&M大学のエンジニアリングに感謝し、本研究の財政支援のためのステーション(TEES)を実験します。リンジーネイルは感謝して少数の参加のためのテキサスA&M大学のルイ・ストークス・アライアンス(LSAMP)と国立科学財団(NSF)大学院研究フェローシッププログラム(GRFP)からの支援を認めています。偉張のおかげで、テキサスA&M大学論文フェローシップ。

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

  1. Neovius, E., Engstrand, T. Craniofacial reconstruction with bone and biomaterials: review over the last 11 years. J Plast Reconstr Aesthet Surg. 63, 1615-1623 (2010).
  2. Elsalanty, M. E., Genecov, D. G. Bone grafts in craniofacial surgery. Craniomaxillofac Trauma Reconstr. 2, 125-134 (2009).
  3. Hollister, S. J., et al. Engineering craniofacial scaffolds. Orthod Craniofacial Res. 8, 162-173 (2005).
  4. Albrektsson, T., Johansson, C. Osteoinduction, osteoconduction and osseointegration. Eur Spine J. 10, S96-S101 (2001).
  5. Blokhuis, T. J., Arts, J. J. C. Bioactive and osteoinductive bone graft substitutes: Definitions, facts and myths. Injury. 42, S26-S29 (1016).
  6. Zhang, D., et al. A bioactive “self-fitting” shape memory polymer scaffold with potential to treat cranio-maxillo facial bone defects. Acta Biomater. 10, 4597-4605 (2014).
  7. Lendlein, A., Kelch, S. Shape-memory polymers. Angew. Chem. Int. Ed. 41, 2034-2057 (2002).
  8. Hu, J., Zhu, Y., Huang, H., Lu, J. Recent advances in shape-memory polymers: Structure, mechanism, functionality, modeling and applications. Prog Polym Sci. 37, 1720-1763 (2012).
  9. Middleton, J. C., Tipton, A. J. Synthetic biodegradable polymers as orthopedic devices. Biomaterials. 21, 2335-2346 (2000).
  10. Sun, H., Mei, L., Song, C., Cui, X., Wang, P. The in vivo degradation, absorption and excretion of PCL-based implant. Biomaterials. 27, 1735-1740 (2006).
  11. Woodruff, M. A., Hutmacher, D. W. The return of a forgotten polymer-Polycaprolactone in the 21st century. Prog Polym Sci. 35, 1217-1256 (2010).
  12. Wang, S., Lu, L., Gruetzmacher, J. A., Currier, B. L., Yaszemski, M. J. Synthesis and characterizations of biodegradable and crosslinkable poly(ε-caprolactone fumarate), poly(ethylene glycol fumarate), and their amphiphilic copolymer. Biomaterials. 27, 832-841 (2006).
  13. Zhang, D., Petersen, K. M., Grunlan, M. A. Inorganic-organic shape memory polymer (SMP) foams with highly tunable properties. ACS Appl Mater Interfaces. 5, 186-191 (2012).
  14. Zhang, D., Burkes, W. L., Schoener, C. A., Grunlan, M. A. Porous inorganic-organic shape memory polymers. Polymer. 53, 2935-2941 (2012).
  15. Van der Stok, J., Van Lieshout, E. M., El-Massoudi, Y., Van Kralingen, G. H., Patka, P. Bone substitutes in the Netherlands-a systematic literature review. Acta Biomater. 7, 739-750 (2011).
  16. Lee, H., Dellatore, S. M., Miller, W. M., Messersmith, P. B. Mussel-inspired surface chemistry for multifunctional coatings. Science. 318, 426-430 (2007).
  17. Hong, S., et al. Non-covalent self-assembly and covalent polymerization co-contribute to polydopamine formation. Adv Funct Mater. 22, 4711-4717 (2012).
  18. Ryu, J., Ku, S. H., Lee, H., Park, C. B. Mussel-inspired polydopamine coating as a universal route to hydroxyapatite crystallization. Adv Funct Mater. 20, 2132-2139 (2010).
  19. Lee, Y. B., et al. Polydopamine-mediated immobilization of multiple bioactive molecules for the development of functional vascular graft materials. Biomaterials. 33, 8343-8352 (2012).
  20. Wu, C., Fan, W., Chang, J., Xiao, Y. Mussel-inspired porous SiO 2 scaffolds with improved mineralization and cytocompatibility for drug delivery and bone tissue engineering. J Mater Chem. 21, 18300-18307 (2011).
  21. Ku, S. H., Ryu, J., Hong, S. K., Lee, H., Park, C. B. General functionalization route for cell adhesion on non-wetting surfaces. Biomaterials. 31, 2535-2541 (2010).
  22. Schoener, C. A., Weyand, C. B., Murthy, R., Grunlan, M. A. Shape memory polymers with silicon-containing segments. J Mater Chem. 20, 1787-1793 (2010).
  23. Zhang, D., Giese, M. L., Prukop, S. L., Grunlan, M. A. Poly(ε-caprolactone)-based shape memory polymers with variable polydimethylsiloxane soft segment lengths. J Polym Sci Pol Chem. 49, 754-761 (2011).
  24. Kokubo, T., Takadama, H. How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity. Biomaterials. 27, 2907-2915 (2006).
  25. Murphy, W. L., Dennis, R. G., Kileny, J. L., Mooney, D. J. Salt fusion: an approach to improve pore interconnectivity within tissue engineering scaffolds. Tissue Eng. 8, 43-52 (2002).
  26. Yang, Q., Chen, L., Shen, X., Tan, Z. Preparation of polycaprolactone tissue engineering scaffolds by improved solvent casting/particulate leaching method. J Macromol Sci Phys. 45, 1171-1181 (2006).
  27. Madbouly, S. A., Kratz, K., Klein, F., Lüzow, K., Lendlein, A. Thermomechanical behaviour of biodegradable shape-memory polymer foams. 2009 MRS Spring Meeting, 1190, Mater Res Soc Symp Proc. (2009).
  28. Luo, X., Mather, P. T. Preparation and characterization of shape memory elastomeric composites. Macromolecules. 42, 7251-7253 (2009).
  29. Lendlein, A., Schmidt, A. M., Langer, R. AB-polymer networks based on oligo(ɛ-caprolactone) segments showing shape-memory properties. Proc Natl Acad Sci. 98, 842-847 (2001).

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