Tri-layered Electrospinning para Mimic Arquitetura Arterial nativos usando policaprolactona, elastina e colágeno: um estudo preliminar

Resumo

O objetivo deste estudo foi o de imitar a arquitetura de três camadas nativas da parede arterial. Para conseguir isso, eletrofiação foi empregada com o uso de um bocal (input-output) por 3-1 e misturas de policaprolactona, elastina e colágeno.

Resumo

Ao longo da artéria nativa, colágeno e elastina desempenhar um papel importante, proporcionando uma espinha dorsal mecânica, evitando a ruptura do vaso, e promover a recuperação sob deformações pulsátil. O objetivo deste estudo foi o de imitar a estrutura da artéria nativa por fabricar um canal electrospun multi-camadas composto de poli (caprolactona) (PCL) com a adição de elastina e colágeno, com misturas de 45-45-10, 55-35 - 10 e 65-25-10 PCL-ELAS-COL para demonstrar propriedades mecânicas indicativo de tecido arterial nativo, mantendo-se propício para a regeneração do tecido. Enxertos todo e camadas individuais foram analisados ​​utilizando testes de tração uniaxial, complacência dinâmica, retenção de sutura, ea força de ruptura. Resultados de adesão revelou que alterações na camada média / média mudou o comportamento do enxerto geral com todo o respeito enxerto valores variando de 0,8 - 2,8% / 100 mmHg, enquanto os resultados uniaxial demonstrou uma gama módulo média de 2,0-11,8 MPa. Dados tanto modulus eo cumprimento exibido valores dentro da faixa de artéria nativa. Modelagem matemática foi implementado para mostrar como as mudanças na rigidez da camada afetar o estresse da parede circunferencial geral, e como auxiliar de design para atingir a melhor combinação mecânicas dos materiais. No geral, os resultados indicaram que o enxerto pode ser projetado para imitar uma estrutura tri-camadas, alterando as propriedades da camada.

Protocolo

1. Antes de eletrofiação, o colágeno, a partir de 6 meses corium bovina, deve ser extraído através de um processo baseado em ácido acético. Este colágeno extraído é então purificada por uma série subseqüente de dissoluções, precipitações e diálises. Uma vez que o colágeno é liofilizada, o processo de eletrofiação pode começar.
2. Três materiais são reunidos: policaprolactona (PCL), elastina (ELAS), e de colágeno (COL). Estes materiais serão separadamente dissolvidos em 1,1,1,3,3,3 hexafluoro-2-propanol (HFP, America TCI), em concentrações de 100 mg / ml, 200 mg / ml e 70 mg / ml, respectivamente.
3. Os materiais são misturados em cinco frascos de cintilação diferentes em proporções volumétricas de 98-2-0 PCL-ELAS-COL (íntima), 45-45-10, 55-35-10, 65-25-10 e PCL-ELAS-COL (mídia) e PCL-70-0-30 ELAS-COL (adventícia).
4. Para testes de tração uniaxial e testes de conformidade individuais camada, cada um dos materiais foi individualmente electrospun, enquanto multi-camadas de enxertos vasculares para estourar, a retenção de sutura, e os testes de conformidade foram electrospun de uma configuração de 3 a 1. Andaimes testes uniaxiais de tração foram plana e retangular (2,5 cm de largura x 10,2 cm de comprimento x 0,3 cm de espessura) desde o 2 mandris mm de diâmetro utilizados para electrospin camadas individuais e multi-camadas enxertos foram muito pequeno para perfuração amostras de teste.
5. Para ambos os electrospinning individuais e multi-camada, as soluções de polímeros foram carregados em um 3 ml de plástico Becton Dickinson seringa com uma agulha calibre 18 ponta romba, e colocado em uma bomba de seringa a uma taxa dispensário set. As taxas electrospinning foram definidos a 4 ml / h, enquanto as taxas de multi-camadas electrospinning foram variados, dependendo de transição e camada. Caudais e volumes foram como tal: a íntima foi electrospun a uma taxa de 4 ml / hr e um volume de 0,5 ml seguido de uma transição combinação de ambas as seringas íntima e média de 0,2 ml a 2 ml / h cada. A seringa intimal foi então desligado e da camada média foi permitida a girar por 0,6 ml a 4 ml / hr seguido de uma transição entre a mídia e adventícia de 0,2 ml de solução de polímero de 2 ml / h cada. Finalmente, a mídia foi interrompida e adventícia foi permitida a girar por 0,4 ml a 4 ml / hr.
6. Todas as amostras foram cruzada em 50 mM EDC por 18 horas antes de qualquer teste ^1.
7. Testes de tração uniaxial foi realizada em seis amostras de uma folha electrospun hidratado em PBS por 24 horas. "Cão-osso" amostras foram perfurados em forma de tapetes electrospun e testado em um sistema de teste MTS Bionix 200 com uma célula de carga de 100 N e uma taxa de extensão de 10,0 mm / min. Pico de tensão, módulo e alongamento na ruptura foram calculadas utilizando TestWorks versão 4.
8. Sutura teste de retenção foi realizada em seis amostras de dois milímetros de diâmetro interior tubular de seis enxertos electrospun diferentes, embebido em PBS durante 24 horas a 37 ° C, em um sistema de testes de MTS Bionix 200 com uma célula de 50 N de carga (MTS Systems Corp) e uma taxa de extensão de 150,0 milímetros / min, em conformidade com o procedimento descrito em linha reta no American National Standards Institute ^2. 5-0 comercial PDS II sutura monofilamento violeta foi colocado dois milímetros a partir do final da amostra e prorrogado até a sutura tinha puxado através do enxerto. Carga de pico foi registrado em gramas-força usando TestWorks versão 4.
9. Testes de resistência ao rebentamento foi realizada em seis amostras de seis enxertos electrospun diferentes. Tubos Burst, 2-3 cm de comprimento, foram hidratados em PBS, equipado mais de 1,5 mm de diâmetro mamilos ligado ao dispositivo, e fixado com fio de seda 2-0. Air foi introduzida no sistema, aumentando a pressão a uma taxa de 5 mmHg / s até os tubos estourou 2. Resultados são relatados como a pressão em mmHg em que trompas se rompeu.
10. Complacência dinâmica foi determinada por seis enxertos 2 milímetros de diâmetro interior tubular tomadas a partir de seis enxertos electrospun diferentes em um comprimento de 3 cm abaixo simuladas condições fisiológicas. Ambas as camadas individuais e multi-camadas constrói tubular foram electrospun e testados sob as mesmas condições. Os espécimes foram testados em uma Engenharia de Tecidos inteligentes via mecânica Estimulação biorreator (itens) desenvolvido pela Technologies Tissue Crescimento preenchido com PBS a 37 ° C. O biorreator proporcionou uma mudança de pressão cíclica 1Hz para o interior do enxerto, onde três diferentes níveis de pressão de 90/50, 120/80 e 150/110 mmHg sistólica / diastólica foram investigadas ^{2, 3.}

Resultados representante

Quando os protocolos eletrofiação são realizados corretamente, o produto final deve ser um tubo, macia sem emendas, sem sinais iniciais de delaminação entre as camadas. Quando os testes de tração uniaxial, testes de força de ruptura, os testes de retenção de sutura, e testes de conformidade são realizadas, os resultados devem indicar que, como a rigidez da camada medial é aumentada, com diminuição da quantidade de elastina, as propriedades associadas mecânica deve demonstrar uma aguerrida tubo.

Discussão

A parte mais crítica do presente estudo é o processo de eletrofiação. Ao usar um bico de entrada e saída 01/03, arqueando e perda de carga pode ocorrer. Se isso ocorrer, a tensão associada ao polímero que está girando vai diminuir causando soldadas, "molhado" fibras e criando delaminação entre cada uma das três camadas. Portanto, consistente potenciais elétricos são essenciais para obter um tubo de múltiplas camadas ideal.

Incompatibilidade cumprimento é uma das prin...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Polycaprolactone	Sigma-Aldrich
Elastin	Elastin Products Company
Collagen
Acetic Acid	Fisher Scientific
Sodium Chloride	Fisher Scientific
TRIS	Fisher Scientific
6 L Avanti J-HC Centrifuge	Beckman Coulter Inc.
1,1,1,3,3,3 hexafluoro-2-propanol	TCI America
3 ml Becton Dickinson Syringe
CZE1000R Rack Mount Power Supply	Spellman
High-Pressure Syringe Pump	Cole-Parmer
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide	Pierce, Thermo Scientific
70 % ethanol	Sigma-Aldrich
ImageTool 3.0 software	Shareware provided by UTHSCSA
Scanning Electron Microscope	Carl Zeiss, Inc.
MTS Bionix 200 testing system	MTS Systems Corp.
TestWorks version 4
Intelligent Tissue Engineering via Mechanical Stimulation (ITEMS) Bioreactor	Tissue Growth Technologies