Fabricación de microesferas porosas altamente abiertas (HOPM) mediante tecnología microfluídica

Resumen

El presente protocolo describe la fabricación de microesferas porosas altamente abiertas (HOPM) basadas en ácido poli(láctico-co-glicólico) a través de la tecnología microfluídica fácil basada en formulación de emulsión única. Estas microesferas tienen aplicaciones potenciales en ingeniería de tejidos y detección de fármacos.

Resumen

En comparación con los andamios a granel y la inyección directa de células solas, las unidades modulares inyectables han despertado un enorme interés en la reparación de tejidos mal funcionantes debido a la conveniencia en el empaquetado de las células, la mejora de la retención celular y la mínima invasividad. Además, la conformación porosa de estos portadores de microescala podría mejorar el intercambio medio y mejorar el nivel de nutrientes y suministros de oxígeno. El presente estudio ilustra la fabricación conveniente de microesferas porosas altamente abiertas basadas en ácido poli(láctico-co-glicólico) (PLGA-HOPM) mediante la tecnología microfluídica fácil para aplicaciones de administración celular. Los PLGA-HOPM monodispersos resultantes poseían tamaños de partícula de ~ 400 μm y poros abiertos de ~ 50 μm con ventanas de interconexión. Brevemente, las gotas de aceite emulsionado (solución de PLGA en diclorometano, DCM), envueltas con la fase acuosa de gelatina al 7,5% (p/v), se introdujeron en la solución acuosa de poli (alcohol vinílico) (PVA) de flujo continuo al 1% (p/v) a través de la boquilla coaxial en la configuración microfluídica personalizada. Posteriormente, las microesferas se sometieron a procedimientos de extracción con disolventes y liofilización, lo que resultó en la producción de HOPM. En particular, varias formulaciones (concentraciones de PLGA y porógeno) y parámetros de procesamiento (poder emulsionante, medidor de aguja y caudal de fase dispersa) juegan un papel crucial en las cualidades y características de los PLGA HOPM resultantes. Además, estas arquitecturas podrían encapsular potencialmente otras señales bioquímicas, como factores de crecimiento, para aplicaciones extendidas de descubrimiento de fármacos y regeneración de tejidos.

Introducción

Las microesferas cargadas de células ofrecen ventajas favorables, como una mayor capacidad de retención celular in situ, una entrega eficiente de células y la posterior capacidad de proliferación celular in vivo¹. Hasta la fecha, se han presentado numerosas investigaciones para desarrollar una estructura de andamiaje exitosa para apoyar un entorno propicio para las células para la regeneración de tejidos o aplicaciones de detección de drogas². Sin embargo, el ambiente de hipoxia es a menudo inevitable en el interior debido a los suministros insuficientes de nutrientes / oxígeno y la acumulación de desec....

Protocolo

1. Preparación de soluciones

1. Preparar previamente la solución madre de PVA calentando la solución de PVA en un baño maría a 80 °C y, posteriormente, colocándola en la nevera a 4 °C. Enfriar a temperatura ambiente (RT) para uso experimental.
2. Preparar la emulsión-precursor añadiendo la solución acuosa de gelatina (1 mL, 7,5%, p/v) a la fase orgánica de PLGA (2 mL, 2%, p/v en diclorometano, DCM) (ver Tabla de materiales).
   NOTA: Generalmente, la tecnología microfluídica implica diferentes fases para formar las microesferas. La fase continua o colectora comprende un poli(alcohol vinílico) acuoso (PVA, 600 mL, 1%, p/....

Resultados

Basándose en trabajos previos que optimizaron los parámetros principales¹, PLGA se disolvió en el disolvente DCM evaporable. La emulsión primaria de W/O se preparó homogeneizando con gelatina bajo tratamiento de sonda ultrasónica. La estructura fluídica de coflujo personalizada se ensambló de manera simplista, en la que se empleó una jeringa para introducir los flujos constantemente. Además, se llevaron a cabo suficientes procedimientos de enjuague para eliminar el PVA y la gelatina de l.......

Discusión

Este artículo describe una estrategia eficiente para fabricar arquitecturas basadas en PLGA, a saber, los PLGA-HOPM. Cabe señalar que se deben tomar varios pasos críticos con cuidado, incluida la evitación de la volatilización del disolvente de PLGA y el ajuste suave de la potencia ultrasónica a la posición objetivo durante la preparación de la emulsión. Además, la salida de líquido de la jeringa de 20 ml se puede ajustar hasta cierto punto para resolver la separación de fases de los precursores emulsionados........

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Centrifuge tube	Solarbio, Beijing, China		5 mL & 50 mL (sterility)
Confocal laser scanning microscopy	Leica, Wetzlar, Germany		TCS SP8
Dichloromethane	Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd, Shanghai, China	20161110	Research Grade
Dispensing needle	Kindly, Shanghai, China		26 G, ID: 250 μm, OD: 460 μm
DMEM/F-12	Gibco; Life Technologies Corporation, Calsbad, USA	15400054	DMEM/F-12 50/50, 1x (Dulbecco's Mod. Of Eagle's Medium/Ham's F12 50/50 Mix) with L-glutamine
Ethyl alcohol	Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd, Shanghai, China	20210918	Research Grade
Ethyl-enediaminetetraacetic acid (EDTA)-trypsin	Biological Industries, Kibbutz Beit-Haemek, Isra		Trypsin (0.25%), EDTA (0.02%)
Fetal bovine serum (FBS)	Biological Industries, Kibbutz Beit-Haemek, Isra		Research Grade
Freeze drier	Bilon, Shanghai, China		FD-1B-50
Gelatin	Sigma-Aldrich Co. Ltd, St. Louis, USA	lot# SZBF2870V	From porcine skin, Type A
Glass bottom plate	Biosharp, Hefei, China		BS-15-GJM, 35 mm
Glass capillary	Huaou, Jiangsu, China		0.9-1.1 × 120 mm
Incubator shaker	Zhicheng, Shanghai, China	ZWYR-200D
Live dead kit cell imaging kit	Solarbio, Beijing, China	60421211112	Green fluorescence in live cells (ex/em 488 nm/515 nm). Red fluorescence in dead cells (ex/em 570 nm/602 nm)
Low-speed centrifuge	Xiangyi, Hunan, China		TD5A
Magnetron sputter	Riye electric Co. Ltd, Suzhou, China	MSP-2S
Microflow injection pump	Harvard Apparatus, Holliston, USA		Harvard Pump 11 Plus
Penicillin-streptomycin	Biological Industries, Kibbutz Beit-Haemek, Isra	2135250	Research Grade
Phosphate buffered saline (PBS)	Servicebio Technology Co.,Ltd. Wuhan, China	GP21090181556	PBS 1x, culture grade, no Calcium, no Magnesium
Poly(lactic-co-glycolic acid)	Sigma-Aldrich Co. Ltd, St. Louis, USA	lot# MKCF9651	66–107 kDa, lactide:glycolide 75:25
Poly(vinyl alcohol)	Sigma-Aldrich Co. Ltd, St. Louis, USA	lot# MKCK4266	13-13 kDa, 98% Hydrolyzed
PVC tube	Shenchen, Shanghai, China		Inner diameter, ID: 1 mm
Rat bone marrow mesenchyml stem cells	Procell, Wuhan, China
Scanning electron microscope	Phenom pure, Eindhoven, Netherlands		Set acceleration voltage at 5 kV
Syrine for medical purpose	Kindly, Shanghai, China		5 mL & 50 mL (with the needle)
Temperature water bath	Mingxiang, Shenzhen, China		36 W
Transformer	Riye electric Co. Ltd, Suzhou, China	SZ-2KVA
Ultrasonic cell breaker	JY 92-IID, Scientz, Ningbo, China		JY 92-IID
UV curing glue	Zhuolide, Foshan, China		D-3100