Name: wet-spinning-based molding process of gelatin for tissue regeneration
Uploaded: 2019-03-07T14:15:00
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Diese Studie wurde unterstützt durch das Ministerium der Nationalverteidigung (MAB-105-070; MAB-106-077; MAB-107-032; MAB-107-065), das Ministerium für Wissenschaft und Technologie (die meisten 107-2320-B016-016), Tri-Service General Hospital, die National Defense Medical Center, Taiwan (TSGH-C106-046; TSGH-C106-115; TSGH-C107-041), Cheng-Hsin General Hospital und National Defense Medical Center Zusammenarbeit (CH-NDMC-107-8).

Das Fettgewebe stammen aus orthopädischen Operationen, wie von der institutionellen Review Board der Tri-Service General Hospital zertifiziert, Taipei, Taiwan, r.o.c. Verfahren im Zusammenhang mit tierischen Themen von Animal Care Committee auf nationaler genehmigt worden Defense Medical Center, Taiwan (R.O.C).
1. nass Spinnerei Prozess
<ol><li>
Vorbereitung der Lösung
	<ol>
<li>Lösen Sie 5 g Gelatine-Pulver in 100 mL bidestilliertem Wasser, Konzentration von 5 % (w/V) L?...

<ol>
	<li>Bagnall, A. M., Jones, L., Duffy, S., Riemsima, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spinal+fixation+surgery+for+acute+traumatic+spinal+cord+injury.">Spinal fixation surgery for acute traumatic spinal cord injury.</a> Cochrane Database of Systematic Reviews. 1, 004725 (2008).</li><li>Fehlings, M. G., Perrin, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+and+timing+of+early+decompression+for+cervical+spinal+cord+injury:+update+with+a+review+of+recent+clinical+evidence.">The role and timing of early decompression for cervical spinal cord injury: update with a review of recent clinical evidence.</a> Injury. 36, 13-26 (2005).</li><li>Yang, L., Jones, N. R., Stoodley, M. A., Blumbergs, P. C., Brown, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitotoxic+model+of+post-traumatic+syringomyelia+in+the+rat.">Excitotoxic model of post-traumatic syringomyelia in the rat.</a> Spine. 26, 1842-1849 (2001).</li><li>Rolls, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+faces+of+chondroitin+sulfate+proteoglycan+in+spinal+cord+repair:+a+role+in+microglia/macrophage+activation.">Two faces of chondroitin sulfate proteoglycan in spinal cord repair: a role in microglia/macrophage activation.</a> PLoS Medicine. 5, 1262-1277 (2008).</li><li>Properzi, F., Asher, R. A., Fawcett, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chondroitin+sulphate+proteoglycans+in+the+central+nervous+system:+changes+and+synthesis+after+injury.">Chondroitin sulphate proteoglycans in the central nervous system: changes and synthesis after injury.</a> Biochemical Society Transactions. 31, 335-336 (2003).</li><li>Fawcett, J. W., Asher, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+glial+scar+and+central+nervous+system+repair.">The glial scar and central nervous system repair.</a> Brain Research Bulletin. 49, 377-391 (1999).</li><li>Yang, Z., Mo, L., Duan, H., Li, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+chitosan/collagen+substrates+on+the+behavior+of+rat+neural+stem+cells.">Effects of chitosan/collagen substrates on the behavior of rat neural stem cells.</a> Science China Life Sciences. 53, 215-222 (2010).</li><li>Chawla, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fibrous Materials. , (1998).</li><li>Pickering, K. L., Aruan Efendy, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+recent+developments+in+natural+fibre+composites+and+their+mechanical+performance.">A review of recent developments in natural fibre composites and their mechanical performance.</a> Composites Part A-Applied Science and Manufacturing. 83, 98-112 (2016).</li><li>Lundgren, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+fibers+made+from+proteins.">Synthetic fibers made from proteins.</a> Advances in Protein Chemistry. 5, 305-351 (1954).</li><li>Radishevskii, M. B., Serkov, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coagulation+mechanism+in+wet+spinning+of+fibres.">Coagulation mechanism in wet spinning of fibres.</a> Fibre Chemistry. 37, 266-271 (2005).</li><li>Yannas, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collagen+and+gelatin+in+the+solid+state.">Collagen and gelatin in the solid state.</a> Journal of Macromolecular Science Part C Polymer Reviews. 7, 49-106 (1972).</li><li>Baer, E., Cassidy, J. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+materials+as+porous+scaffolds+for+tissue+engineering.">Cellular materials as porous scaffolds for tissue engineering.</a> Progress in Materials Science. 46, 273-282 (2001).</li><li>Michalczyk, K., Ziman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nestin+structure+and+predicted+function+in+cellular+cytoskeletal+organization.">Nestin structure and predicted function in cellular cytoskeletal organization.</a> Histology and Histopathology. 20, 665-671 (2005).</li></ol>

Wir präsentiert die Entwicklung von Gelatine-basierten Biomaterialien mit einem einfachen nassen Drehtechnik, die in der Studie von natürlichen Polymeren für die Geweberegeneration angewendet werden können. Diese Arbeit zeigte die Möglichkeit der Herstellung von Gelatine als eine gute Proteinquelle ohne Zusatz von anderen Quellen, mit dem Ziel, die Eigenschaften der Gelatine selbst optimieren. Die Entwicklung der Gelatine-basierten Biomaterialien wurde vollständig in Raumtemperatur (22-26 ° C) durchgeführt. Eine ...

Die neueste Entwicklung in der Geweberegeneration beinhaltet die Anwendung des Tissue Engineering, was eine Herausforderung für die Verbesserung der neue Therapiestrategien bei medizinischen Behandlungen darstellt. Zum Beispiel stellt das begrenzte Potential des Nervensystems Regenerierung, folgende Verletzungen oder Krankheiten, ein erhebliche gesundheitliche Problem weltweit. Aufgrund der Komplexität der pathophysiologischen Prozesse im Zusammenhang mit dem Nervensystem die Verwendung von traditionellen Spendertransplantat oder die Umsetzung der Stabilisierung Chirurgie hat gezeigt, dass Vorteile in funktionellen Ergebnisse bieten, aber es gibt keine Evidenz für die Auswirkungen von spinaler Fixierung Chirurgie1,2. Das Gewebe an den beschädigten Bereich verloren und ersetzt mit hypertrophisch induzierte Astrozyten3, schließlich bildet einen dichten glial Narbe4,5. Diese Matrix dient als eine Sperre, dass Blöcke die Erholung des Nervs Funktion6,7 und ist somit erheblich behindert Regeneration. Daher geeignete Füllmaterial Lücke wird voraussichtlich verhindern den Verlust von Gewebe und reduzieren die Bildung von Bindegewebe Narbe verbunden, durch die Aufrechterhaltung der Integrität der beschädigten Bereich sowie durch Bereitstellung den direkten Ersatz von neuronalen Zellen und Schaltung, Axon Regeneration zu fördern.
Polymere Biomaterialien wurden als Gerüste für Gewebe-Regeneration-Therapie, basierend auf der Verordnung der Zelle oder Axon Verhalten und Gewebe Progression durch natürliche extrazelluläre Matrix (ECM) Unterstützung bevorzugt. Das Faser-Format gilt allgemein als ein Baustein für verschiedene Materialien, aufgrund deren eindimensionale Struktur8. Die Fasern erhalten Sie in der Regel durch Schmelze Extrusion oder nass Spinnerei Methode; Allerdings sind die Größe und die Kosten für die Ausrüstung und die Schwierigkeit, diese Methoden ausführen herausfordernd. Darüber hinaus hat ein Großteil der Arbeit im Zusammenhang mit Polymerfasern auf synthetische oder zusammengesetzte Materialien konzentriert. Natürliche Polymere als Quelle von Biomaterial bieten bessere Biokompatibilität Eigenschaften für den menschlichen Körper. Um die Ausrichtung des natürlichen Polymerfasern zu erhalten ist jedoch relativ schwieriger als synthetische Polymer Quellen9. Daher ist die Umwandlung von ein natürliches Polymer als eine reiche Quelle von Protein in Biomaterial Fasern eine wichtige Strategie — nicht nur können der Biomaterial-Fasern werden direkt isoliert vom Rohstoff, wodurch eine unnötige Transformation zu Monomeren, aber die Protein-Fasern haben auch ein gutes Aussehen und positive Eigenschaften10.
In diesem Zusammenhang beschreiben wir eine kostengünstige Verarbeitungsmethode für die Herstellung von natürlichen Polymerfasern durch das Grundkonzept der nass Spinnerei, die im Labormaßstab für das Tissue Engineering umgesetzt werden können. Nass Spinnerei erfolgt durch die Extrusion und Koagulation von einer Polymerlösung in einem geeigneten Polymers Nonsolvent. Eine geeignete, zähflüssige Lösung dotierten in Koagulation Medium bewirkt, dass die Polymermoleküle aufzulösen. Durch den Phasenübergang die Filamente dann verlieren ihre Löslichkeit und in Form von einem festen Polymers Phase11ausgefällt werden. Unter Bezugnahme auf dieses Konzept, erweiterten wir dann die Entwicklung der Gelatine in die u-Form um einen Spritzgießprozess, das richtige für Gewebe-Regeneration-Anwendung gilt. Intrinsisch, darüber hinaus entwickeln wir auch jede Form von Material aus Gelatine Fasern (z. B. Gelatine Conduit aufgerollt aus mehreren Fasern, Gelatine), für andere Anwendungen gewünscht.
Gelatine, ein biologisch abbaubares natürliches Polymer aus denaturierten und hydrolysiertes Kollagen, einschließlich eines teilkristallinen, amorphen oder Dreibettzimmer spiralförmigen Bundesstaates Kollagen12gebildet wird. Es ist bekannt, dass Kollagen ist die wesentlichen Strukturprotein in alle Bindegewebe der Wirbeltiere und Wirbellose13,14, die ähnlich wie die Proteinstruktur des wichtigsten ECM ist das Nervenwachstum induziert und, gleichzeitig ersetzt eine große Menge an Glykosaminoglykan abgesondert während Verletzungen des Rückenmarks. Daher wäre die Verwendung von Gelatine als Quelle eine gute Wahl für alle Fahrzeuge, medizinische. Abgesehen davon, dass eine günstige Quelle, Gelatine ist auch biologisch abbaubar und Cytocompatible und klinisch geprüft zu werden, eine vorübergehende defekt Füller15. Entwickelte sich zu einer Röhre Form, zeigen hier beschriebenen in-vitro- und in-vivo-Tests, dass Gelatine hat eine ausgezeichnete Biokompatibilität und Eignung für zukünftige Tissue engineering-Anwendungen. Kultivierten mit menschlichen Fettgewebe Stammzellen verbessern Gelatine Röhren Zelldifferenzierung in neurale Vorläuferzellen mit positiven nestin Färbung als neuronale Zelle Marker. Darüber hinaus dürfte Gelatine als Füllmaterial Lücke, wie durch die in dieser Studie etablierte Methode produziert, überschaubar und sicher sein und Gewebe Ingenieure profitieren, die derzeit korrelative natürliche Polymeren zur Verbesserung der Gewebe entwickeln Regenerationsstrategien.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="4">Solution preparation:</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gelatin type B (porcine)</td>
			<td>Ferak</td>
			<td>Art. -Nr. 10733</td>
			<td>500 g vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wet spinning process:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peristaltic pump</td>
			<td>Gilson</td>
			<td>Model M312</td>
			<td>Minipuls*3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic tube connector</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>14011</td>
			<td>1 box</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>Sterican</td>
			<td>5A06258541</td>
			<td>26Gx1/2&#34;(0.45 x 12mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Ferak</td>
			<td>Art. -Nr. 00010</td>
			<td>2.5 L vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycaprolactone CAPA 6500</td>
			<td>Perstorp</td>
			<td>24980-41-4</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane&#160;</td>
			<td>Scharlau</td>
			<td>CL03421000</td>
			<td>1 L vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Pasteur pipette</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-678-20A</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemostat</td>
			<td>Shinetec instruments</td>
			<td>ST-B021</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peripheral venous catheter (Introcan Certo)</td>
			<td>B. Braun</td>
			<td>1B03258241</td>
			<td>24Gx3/4&#34;(0.7 x 19mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="4">Morphology of the gelatin tube:</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ion sputter coater machine&#160;</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>e1010</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscopy</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>S-3000N</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cultivation of cells on the gelatin tube:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>488625</td>
			<td>100 mL vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>923119</td>
			<td>500 mL vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s modified Eagle&#39;s medium&#160;</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>31600-034</td>
			<td>Powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Keratinocyte-SFM medium</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10744-019</td>
			<td>500 mL vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T25 culture flask</td>
			<td>TPP</td>
			<td>90025</td>
			<td>VENT type</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-well plate</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>1209938</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Immunocytochemistry:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phospate-buffered saline</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>654471</td>
			<td>500 mL vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic acid glacial</td>
			<td>Ferak</td>
			<td>Art. -Nr. 00697</td>
			<td>500 mL vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NP-40 surfactant (Tergitol solution)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>056K0151</td>
			<td>500 mL vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Normal goat serum</td>
			<td>Vector Laboratories</td>
			<td>S-1000-20</td>
			<td>20 mL vial, concentrate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nestin (primary antibody)</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>SC-23927</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Donkey anti-mouse-fluorescein isothiocyanate (secondary antibody)</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>SC-2099</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hoechst 33342</td>
			<td>Anaspec</td>
			<td>AS-83218</td>
			<td>5 mL vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>In vivo biocompatibility test:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tiletamine+zolazepam&#160;</td>
			<td>Virbac</td>
			<td>BC91</td>
			<td>5 mL vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine</td>
			<td>Bayer korea</td>
			<td>KR03227</td>
			<td>10 mL vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketoprofen</td>
			<td>Astar</td>
			<td>1406232</td>
			<td>2 mL vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Povidone-iodine solution</td>
			<td>Everstar</td>
			<td>HA161202</td>
			<td>4 L barrel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cefazolin</td>
			<td>China Chemical &#38; Pharmaceutical</td>
			<td>18P909</td>
			<td>1 g vial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel blade</td>
			<td>Shinetec instruments</td>
			<td>ST-B021</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical scissor</td>
			<td>Shinetec instruments</td>
			<td>ST-B021</td>
			<td>-</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

wet-spinning-based molding process of gelatin for tissue regeneration

Dieser Artikel stellt eine kostengünstige Methode, um Gelatine, als ein natürliches Polymer in monofilen Fasern oder andere geeignetsten Formen zu fabrizieren. Durch den nassen Methode Spinnen werden Gelatine-Fasern durch reibungslosen Extrusion in einem geeigneten Koagulation Medium produziert. Zur Erhöhung der funktionalen Oberfläche diese Gelatine-Fasern und ihre Fähigkeit, die Eigenschaften der Gewebe nachahmen kann Gelatine in eine u-Form geformt werden, mit dem Hinweis auf dieses Konzept. Von in-vitro- und in-vivo-Tests untersucht, zeigen die Gelatine-Röhren ein großes Potenzial für den Einsatz in Gewebetechnik. Handeln als geeignete Lücke Füllmaterial, Gelatine, die Rohre, das Gewebe in den beschädigten Bereich (z. B. in der nervös oder Herz-Kreislauf-System) zu ersetzen, sowie die Regeneration zu fördern, durch die Bereitstellung eines direkten Ersatz von Stammzellen und neuralen Schaltkreis verwendet werden können. Dieses Protokoll enthält eine detaillierte Anleitung zum Erstellen von Biomaterial basierend auf ein natürliches Polymer, und seine Umsetzung wird voraussichtlich die Entwicklung von korrelativen natürlichen Polymeren, profitieren die Gewebe Regenerationsstrategien realisieren helfen.

In dieser Studie haben wir erfolgreich die Gelatine in Fasern (Abb. 2A) und Rohre (Abbildung 2B, C) durch das benutzerfreundliche nass Spinnerei-Konzept entwickelt. Diese Gelatine-basierte Materialien können als jede medizinische Instrument, je nach ihrer Form genutzt werden. Wenn man bedenkt, dass die funktionale Oberfläche und Rahmen solcher Materialien besser geeignet für die Geweberegenera...

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Wet-spinning-based Molding Process of Gelatin for Tissue Regeneration

Wir entwickelten und beschreiben ein Protokoll basiert auf dem nass Spinnerei-Konzept für den Bau von Gelatine-basierten Biomaterialien für die Anwendung des Tissue Engineering verwendet.

Nass-Spinnen-basierte Spritzgießprozess Gelatine für die Geweberegeneration

This article presents an inexpensive method to fabricate gelatin, as a natural polymer, into monofilament fibers or other appropriate forms. Through the ...

Dieses Protokoll verbessert ein grundlegendes Konzept des Nassspinnens, um ein Material aus einem einzelnen Faserstreifen in verschiedene Streifen zu entwickeln, die für jede bevorzugte medizinische Anwendung verwendet werden können. Diese Technik ist einfach, kostengünstig und erfordert nicht die Zugabe von synthetischen Polymeren für die Anpassung der natürlichen Polymere in eine Ressource von Protein für Materialien von Interesse. Diese Technik kann auf die Entwicklung von Biomaterial zur Tötung von Kältetherapien wie Behandlung des zentralen oder peripheren Nervensystems, Blutgefäßersatz oder direkte Rekonstruktion der Harnwege ausgedehnt werden.Diese Methode ist für die medizinische Anwendung gedacht, auch als Strategie für Gewebeneuralisation oder regenerative Medizin. Diese Technik kann leicht von Anfängern implementiert werden. Beachten Sie, dass nach mehreren Formwiederholungen die Qualität der Lösung immer überprüft werden sollte, um eine optimale Formation zu erhalten.Um das Nassspinnrohr zu formen, tauchen Sie zunächst drei Sekunden lang einen 24-Meter-um-Dreiviertel-Zoll-Peripheriekatheter in frisch zubereitete Gelatinelösung ein, gefolgt von einem Eintauchen in frisch zubereitete Acetonlösung für eine Minute. Wiederholen Sie diese Schritte 20 Mal. Nach dem letzten Aceton-Eintauchen lassen Sie das geformte Rohr fünf Minuten bei Raumtemperatur trocknen und verwenden Sie ein Hämostat, um das Gelatinerohr vorsichtig aus dem Katheter in eine gläserne Pasteur-Pipette mit 2,5% Polycaprolacton-Dichlormethanlösung für eine nächtliche Inkubation unter der Haube bei Raumtemperatur zu übertragen.Am nächsten Morgen sterilisieren Sie die Gelatine für zwei Stunden unter ultraviolettem Licht, bevor Sie die Röhre kurz in 75% Ethanol eintauchen. Waschen Sie dann das Rohr zweimal mit Stammzellenmedium, um das Restethanol zu entfernen. Um die Gelatineröhrchen mit der Zellkultur zu kultivieren, ersetzen Sie das supinate Ende menschlicher Fettstammzellen aus einem Kulturkolben mit einem Milliliter 0,25%Trypsin-EDTA für eine 3,5-minütige Inkubation bei 37 Grad Celsius und 5% Kohlendioxid.Wenn sich die Zellen gelöst haben, halten Sie die Reaktion mit einem Milliliter fetalem Rinderserum fest und übertragen Sie die Zellsuspension in ein Mikrozentrifugenrohr. Sammeln Sie die Zellen durch Zentrifugation und setzen Sie das Pellet in einem Milliliter Stammzellmedium wieder auf. Dann legen Sie das Gelatinerohr in einen Brunnen einer Sechs-Brunnen-Platte mit drei Milliliter N-Dollar Stammzellmedium.Nach dem Zählen der Zellen, Samen viermal 10 bis der vierten menschlichen Fettstammzellen in die Röhre für eine zweiwöchige Inkubation im Zellkultur-Inkubator. Nach Bestätigung des entsprechenden Sedierungsniveaus durch mangelnde Reaktion auf Zehenkniff in einer acht Wochen alten sprague Dawley-Ratte, rasieren Sie die Haare aus dem Trapezbereich und sterilisieren Sie die exponierte Haut mit Povidon-Jod-Lösung. Bedecken Sie die Ratte mit sterilen chirurgischen Vorhängen, um die bakterielle Kontamination der chirurgischen Stelle zu reduzieren, und verwenden Sie eine chirurgische Schere, um einen flachen, zwei Zentimeter langen Hautschnitt zu machen.Legen Sie das Gelatinerohr direkt in die Schicht zwischen der Faszien und dem Muskel und verwenden Sie eine Nylonnaht, um die Wunde zu schließen. Dann sterilisieren Sie den Schnitt mit Povidon-Jod-Lösung. Induzieren Sie die Ratte durch eine intramuskuläre Injektion von Ketoprofen und Cefazolin und halten Sie das Tier unter aseptischen Bedingungen für sieben Tage.Mit diesem benutzerfreundlichen Nassspinnkonzept können Gelatine zu Fasern und Rohren entwickelt werden. Morphologische Beobachtungen des Gelatinerohrs durch Rasterelektronenmikroskopie zeigen eine nicht sehr glatte Oberfläche mit einem Innendurchmesser von mehr als 200 Mikrometern und einer Dicke von etwa 20 Mikrometern. Die Färbung eines menschlichen Fettzellen-Stammzell-Gelatinerohrs für die expression ierung sneuraler Zellmarker zeigt eine positive Färbung für den Marker zusammen mit mehreren detektierten Kernen, was darauf hindeutet, dass die Zellen in das Gelatinerohr eindringen und haften und sich in neuronale Vorläuferzellen differenzieren können.Die Implantation des Gelatinerohrs in die Faszienschicht bestätigt seine Sicherheit und Biokompatibilität, da im lokalen Gewebe keine Anzeichen für Rötung, Schwellungoder oder andere Entzündungssymptome beobachtet werden und das Rohr von gut entwickeltem Bindegewebe umgeben ist. Beim Versuch dieses Verfahrens von zwei Punkt eins, die Sicherstellung des Eintauchens der Form in die spezifische Beschichtungszeit in jeder Lösung sind sehr wichtig, um eine genaue Rohrform aufzubauen. Nach diesem Verfahren können unsere Experimente mit tierexperimentellen Erkrankungen durchgeführt werden, um das Ergebnis der Biomaterialien für die Geweberegenerationsstrategie genau zu untersuchen.Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher bei der Entwicklung einfacher korrelativer Naturpolymere zu jeder Art von Material für eine entschiedene medizinische Anwendung. Unter normalen Gebrauchszustand, die Polycaprolactone Dichlormethan-Lösung wird als minimale Umweltgefahr darstellen, aber vergessen Sie nicht, irgendwelche Schritte mit dieser Chemikalie in einem geeigneten Biosicherheitsschrank durchzuführen.

wet-spinning-based-molding-process-of-gelatin-for-tissue-regeneration

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Expression, Isolation, and Purification of Soluble and Insoluble Biotinylated Proteins for Nerve Tissue Regeneration

Recombinant protein engineering has utilized Escherichia coli (E. coli) expression systems for nearly 4 decades, and today E. coli is still the most widely used host organism. The flexibility of the system allows for the addition of moieties such as a biotin tag (for streptavidin interactions) and larger functional proteins like green fluorescent protein or cherry red protein. Also, the integration of unnatural amino acids like metal ion chelators, uniquely reactive functional groups, spectroscopic probes, and molecules imparting post-translational modifications has enabled better manipulation of protein properties and functionalities. As a result this technique creates customizable fusion proteins that offer significant utility for various fields of research. More specifically, the biotinylatable protein sequence has been incorporated into many target proteins because of the high affinity interaction between biotin with avidin and streptavidin. This addition has aided in enhancing detection and purification of tagged proteins as well as opening the way for secondary applications such as cell sorting. Thus, biotin-labeled molecules show an increasing and widespread influence in bioindustrial and biomedical fields. For the purpose of our research we have engineered recombinant biotinylated fusion proteins containing nerve growth factor (NGF) and semaphorin3A (Sema3A) functional regions. We have reported previously how these biotinylated fusion proteins, along with other active protein sequences, can be tethered to biomaterials for tissue engineering and regenerative purposes. This protocol outlines the basics of engineering biotinylatable proteins at the milligram scale, utilizing&#160; a T7 lac inducible vector and E. coli expression hosts, starting from transformation to scale-up and purification.

Developing biotinylatable fusion proteins has many potential applications in various fields of research. Recombinant protein engineering is a straight forward procedure that is cost-effective, providing high yields of custom-designed proteins.

Expression, Isolierung und Reinigung von löslichen und unlöslichen biotinylierter Proteine ​​für Nervengeweberegeneration

Recombinant protein engineering has utilized Escherichia coli (E. coli) expression systems for nearly 4 decades, and today E. coli is still the most ...

Forschung

Biotechnik

Rapid and Low-cost Prototyping of Medical Devices Using 3D Printed Molds for Liquid Injection Molding

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using traditional liquid injection molding processes can be an expensive process due to tooling and equipment costs. As a result, it has traditionally been impractical to use liquid injection molding for low-cost, rapid prototyping applications. We have devised a method for rapid and low-cost production of liquid elastomer injection molded devices that utilizes fused deposition modeling 3D printers for mold design and a modified desiccator as an injection system. Low costs and rapid turnaround time in this technique lower the barrier to iteratively designing and prototyping complex elastomer devices. Furthermore, CAD models developed in this process can be later adapted for metal mold tooling design, enabling an easy transition to a traditional injection molding process. We have used this technique to manufacture intravaginal probes involving complex geometries, as well as overmolding over metal parts, using tools commonly available within an academic research laboratory. However, this technique can be easily adapted to create liquid injection molded devices for many other applications.

We have devised a method for low-cost and rapid prototyping of liquid elastomer rubber injection molded devices by using fused deposition modeling 3D printers for mold design and a modified desiccator as a liquid injection system.

Schnelle und Low-Cost-Prototyping für Medizinische Geräte mit 3D Printed Formen für Liquid Injection Molding

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using ...

Engineering 3D Cellularized Collagen Gels for Vascular Tissue Regeneration

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. Collagen has been extensively used for a wide range of biomedical applications and is considered a valid alternative to synthetic materials due to its inherent biocompatibility (i.e., low antigenicity, inflammation, and cytotoxic responses). However, the limited mechanical properties and the related low hand-ability of collagen gels have hampered their use as scaffold materials for vascular tissue engineering. Therefore, the rationale behind this work was first to engineer cellularized collagen gels into a tubular-shaped geometry and second to enhance smooth muscle cells driven reorganization of collagen matrix to obtain tissues stiff enough to be handled.
The strategy described here is based on the direct assembling of collagen and smooth muscle cells (construct) in a 3D cylindrical geometry with the use of a molding technique. This process requires a maturation period, during which the constructs are cultured in a bioreactor under static conditions (without applied external dynamic mechanical constraints) for 1 or 2 weeks. The &#8220;static bioreactor&#8221; provides a monitored and controlled sterile environment (pH, temperature, gas exchange, nutrient supply and waste removal) to the constructs. During culture period, thickness measurements were performed to evaluate the cells-driven remodeling of the collagen matrix, and glucose consumption and lactate production rates were measured to monitor the cells metabolic activity. Finally, mechanical and viscoelastic properties were assessed for the resulting tubular constructs. To this end, specific protocols and a focused know-how (manipulation, gripping, working in hydrated environment, and so on) were developed to characterize the engineered tissues.

In this work, we present a technique for the rapid fabrication of living vascular tissues by direct culturing of collagen, smooth muscle cells and endothelial cells. In addition, a new protocol for the mechanical characterization of engineered vascular tissues is described.

Engineering 3D cellularized Kollagengele für Gefäßgeweberegeneration

Synthetic materials are known to initiate clinical complications such as inflammation, stenosis, and infections when implanted as vascular substitutes. ...

Adapting the Electrospinning Process to Provide Three Unique Environments for a Tri-layered In Vitro Model of the Airway Wall

Electrospinning is a highly adaptable method producing porous 3D fibrous scaffolds that can be exploited in in vitro cell culture. Alterations to intrinsic parameters within the process allow a high degree of control over scaffold characteristics including fiber diameter, alignment and porosity. By developing scaffolds with similar dimensions and topographies to organ- or tissue-specific extracellular matrices (ECM), micro-environments representative to those that cells are exposed to in situ can be created. 
The airway bronchiole wall, comprised of three main micro-environments, was selected as a model tissue. Using decellularized airway ECM as a guide, we electrospun the non-degradable polymer, polyethylene terephthalate (PET), by three different protocols to produce three individual electrospun scaffolds optimized for epithelial, fibroblast or smooth muscle cell-culture. Using a commercially available bioreactor system, we stably co-cultured the three cell-types to provide an in vitro model of the airway wall over an extended time period.
This model highlights the potential for such methods being employed in in vitro diagnostic studies investigating important inter-cellular cross-talk mechanisms or assessing novel pharmaceutical targets, by providing a relevant platform to allow the culture of fully differentiated adult cells within 3D, tissue-specific environments.

Adapting the Electrospinning Process to Provide Three Unique Environments for a Tri-layered In Vitro Model of the Airway Wall

Advancements in biomaterial technologies enable the development of three-dimensional multi-cell-type constructs. We have developed electrospinning protocols to produce three individual scaffolds to culture the main structural cells of the airway to provide a 3D in vitro model of the airway bronchiole wall.

Anpassung der Elektrospinnverfahren für einen Dreischicht stellen drei einzigartige Umgebungen<em&gt; In-vitro-</em&gt; Modell der Atemwegswand

Electrospinning is a highly adaptable method producing porous 3D fibrous scaffolds that can be exploited in in vitro cell culture. Alterations to ...

Qualitative Characterization of the Aqueous Fraction from Hydrothermal Liquefaction of Algae Using 2D Gas Chromatography with Time-of-flight Mass Spectrometry

Two-dimensional gas chromatography coupled with time-of-flight mass spectrometry is a powerful tool for identifying and quantifying chemical components in complex mixtures. It is often used to analyze gasoline, jet fuel, diesel, bio-diesel and the organic fraction of bio-crude/bio-oil. In most of those analyses, the first dimension of separation is non-polar, followed by a polar separation. The aqueous fractions of bio-crude and other aqueous samples from biofuels production have been examined with similar column combinations. However, sample preparation techniques such as derivatization, solvent extraction, and solid-phase extraction were necessary prior to analysis. In this study, aqueous fractions obtained from the hydrothermal liquefaction of algae were characterized by two-dimensional gas chromatography coupled with time-of-flight mass spectrometry without prior sample preparation techniques using a polar separation in the first dimension followed by a non-polar separation in the second. Two-dimensional plots from this analysis were compared with those obtained from the more traditional column configuration. Results from qualitative characterization of the aqueous fractions of algal bio-crude are discussed in detail. The advantages of using a polar separation followed by a non-polar separation for characterization of organics in aqueous samples by two-dimensional gas chromatography coupled with time-of-flight mass spectrometry are highlighted.

A two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry method is described for characterization of the aqueous fraction of bio-crude produced from hydrothermal liquefaction of algae. This protocol can also be employed to analyze the aqueous fraction of liquid products from fast pyrolysis, catalytic fast pyrolysis, catalytic deoxygenation and hydro-treating.

Qualitative Charakterisierung der wässrigen Fraktion von hydrothermale Verflüssigung von Algen mit Hilfe von 2D-Gaschromatographie mit Time-of-Flight Mass Spectrometry

Two-dimensional gas chromatography coupled with time-of-flight mass spectrometry is a powerful tool for identifying and quantifying chemical components in ...

Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of smart soft devices for biomedical applications. Although a number of magnetically-responsive drug delivery systems have demonstrated efficacies through either in vitro proof of concept studies or in vivo preclinical applications, their use in clinical settings is still limited by their insufficient biocompatibility or biodegradability. Additionally, many of the existing platforms rely on sophisticated techniques for their fabrications. We recently demonstrated the fabrication of biodegradable, gelatin-based thermo-responsive microgel by physically entrapping poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) chains as a minor component within a three-dimensional gelatin network. In this study, we present a facile method to fabricate a biodegradable drug release platform that enables a magneto-thermally triggered drug release. This was achieved by incorporating superparamagnetic iron oxide nanoparticles and thermo-responsive polymers within gelatin-based colloidal microgels, in conjunction with an alternating magnetic field application system.

We present a facile method to fabricate a biodegradable gelatin-based drug release platform that is magneto-thermally responsive. This was achieved by incorporating superparamagnetic iron oxide nanoparticles and poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) within a spherical gelatin micro-network crosslinked by genipin, in conjunction with an alternating magnetic field application system.

Magnetisches Wechselfeld-Responsive Hybrid Gelatine Mikrogele der gezielten Medikamentenapplikation

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of ...

A Paired Bead and Magnet Array for Molding Microwells with Variable Concave Geometries

A spheroid culture is a useful tool for understanding cellular behavior in that it provides an in vivo-like three-dimensional environment. Various spheroid production methods such as non-adhesive surfaces, spinner flasks, hanging drops, and microwells have been used in studies of cell-to-cell interaction, immune-activation, drug screening, stem cell differentiation, and organoid generation. Among these methods, microwells with a three-dimensional concave geometry have gained the attention of scientists and engineers, given their advantages of uniform-sized spheroid generation and the ease with which the responses of individual spheroids can be monitored. Even though cost-effective methods such as the use of flexible membranes and ice lithography have been proposed, these techniques incur serious drawbacks such as difficulty in controlling the pattern sizes, achievement of high aspect ratios, and production of larger areas of microwells. To overcome these problems, we propose a robust method for fabricating concave microwells without the need for complex high-cost facilities. This method utilizes a 30 x 30 through-hole array, several hundred micrometer-order steel beads, and magnetic force to fabricate 900 microwells in a 3 cm x 3 cm polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. To demonstrate the applicability of our method to cell biological applications, we cultured adipose stem cells for 3 days and successfully produced spheroids using our microwell platform. In addition, we performed a magnetostatic simulation to investigate the mechanism, whereby magnetic force was used to trap the steel beads in the through-holes. We believe that the proposed microwell fabrication method could be applied to many spheroid-based cellular studies such as drug screening, tissue regeneration, stem cell differentiation, and cancer metastasis.

This manuscript introduces a robust method of fabricating concave microwells without the need for complex high-cost facilities. Using magnetic force, steel beads, and a through-hole array, several hundred microwells were formed in a 3 cm x 3 cm polydimethylsiloxane (PDMS) substrate.

Eine gekoppelte Wulst und Magnet-Array zum Formen von Mikroschälchen mit variabler konkave Geometrie

A spheroid culture is a useful tool for understanding cellular behavior in that it provides an in vivo-like three-dimensional environment. Various ...

Three-dimensional Tissue Engineered Aligned Astrocyte Networks to Recapitulate Developmental Mechanisms and Facilitate Nervous System Regeneration

Neurotrauma and neurodegenerative disease often result in lasting neurological deficits due to the limited capacity of the central nervous system (CNS) to replace lost neurons and regenerate axonal pathways. However, during nervous system development, neuronal migration and axonal extension often occur along pathways formed by other cells, referred to as &#34;living scaffolds&#34;. Seeking to emulate these mechanisms and to design a strategy that circumvents the inhibitory environment of the CNS, this manuscript presents a protocol to fabricate tissue engineered astrocyte-based &#34;living scaffolds&#34;. To create these constructs, we employed a novel biomaterial encasement scheme to induce astrocytes to self-assemble into dense three-dimensional bundles of bipolar longitudinally-aligned somata and processes. First, hollow hydrogel micro-columns were assembled, and the inner lumen was coated with collagen extracellular-matrix. Dissociated cerebral cortical astrocytes were then delivered into the lumen of the cylindrical micro-column and, at a critical inner diameter of &#60;350 &#181;m, spontaneously self-aligned and contracted to produce long fiber-like cables consisting of dense bundles of astrocyte processes and collagen fibrils measuring &#60;150 &#181;m in diameter yet extending several cm in length. These engineered living scaffolds exhibited &#62;97% cell viability and were virtually exclusively comprised of astrocytes expressing a combination of the intermediate filament proteins glial-fibrillary acidic protein (GFAP), vimentin, and nestin. These aligned astrocyte networks were found to provide a permissive substrate for neuronal attachment and aligned neurite extension. Moreover, these constructs maintain integrity and alignment when extracted from the hydrogel encasement, making them suitable for CNS implantation. These preformed constructs structurally emulate key cytoarchitectural elements of naturally occurring glial-based &#34;living scaffolds&#34; in vivo. As such, these engineered living scaffolds may serve as test-beds to study neurodevelopmental mechanisms in vitro or facilitate neuroregeneration by directing neuronal migration and/or axonal pathfinding following CNS degeneration in vivo.

We showcase the development of self-assembled, three-dimensional bundles of longitudinally aligned astrocytic somata and processes within a novel biomaterial encasement. These engineered &#34;living scaffolds&#34;, exhibiting micron-scale diameter yet extending centimeters in length, may serve as test-beds to study neurodevelopmental mechanisms or facilitate neuroregeneration by directing neuronal migration and/or axonal pathfinding.

Dreidimensionale Gewebezüchtungen ausgerichtet Astrozyten Netzwerke Nervensystem Regeneration zu rekapitulieren Entwicklungsmechanismen

Neurotrauma and neurodegenerative disease often result in lasting neurological deficits due to the limited capacity of the central nervous system (CNS) to ...

Patterning the Geometry of Human Embryonic Stem Cell Colonies on Compliant Substrates to Control Tissue-Level Mechanics

Human embryonic stem cells demonstrate a unique ability to respond to morphogens in vitro by self-organizing patterns of cell fate specification that correspond to primary germ layer formation during embryogenesis. Thus, these cells represent a powerful tool with which to examine the mechanisms that drive early human development. We have developed a method to culture human embryonic stem cells in confined colonies on compliant substrates that provides control over both the geometry of the colonies and their mechanical environment in order to recapitulate the physical parameters that underlie embryogenesis. The key feature of this method is the ability to generate polyacrylamide hydrogels with defined patterns of extracellular matrix ligand at the surface to promote cell attachment. This is achieved by fabricating stencils with the desired geometric patterns, using these stencils to create patterns of extracellular matrix ligand on glass coverslips, and transferring these patterns to polyacrylamide hydrogels during polymerization. This method is also compatible with traction force microscopy, allowing the user to measure and map the distribution of cell-generated forces within the confined colonies. In combination with standard biochemical assays, these measurements can be used to examine the role mechanical cues play in fate specification and morphogenesis during early human development.

Extracellular matrix ligands can be patterned onto polyacrylamide hydrogels to enable the culture of human embryonic stem cells in confined colonies on compliant substrates. This method can be combined with traction force microscopy and biochemical assays to examine the interplay between tissue geometry, cell-generated forces, and fate specification.

Musterung der Geometrie menschlicher embryonaler Stammzellkolonien auf konformen Substraten zur Kontrolle der Gewebe-Level-Mechanik

Human embryonic stem cells demonstrate a unique ability to respond to morphogens in vitro by self-organizing patterns of cell fate specification that ...

Protocols of 3D Bioprinting of Gelatin Methacryloyl Hydrogel Based Bioinks

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed from mammal collagen. Thus, the arginine-glycine-aspartic acid (RGD) sequences and target motifs of matrix metalloproteinase (MMP) remain on the molecular chains, which help achieve cell attachment and degradation. Furthermore, formation properties of GelMA are versatile. The methacrylamide groups allow a material to become rapidly crosslinked under light irradiation in the presence of a photoinitiator. Therefore, it makes great sense to establish suitable methods for synthesizing three-dimensional (3D) structures with this promising material. However, its low viscosity restricts GelMA's printability. Presented here are methods to carry out 3D bioprinting of GelMA hydrogels, namely the fabrication of GelMA microspheres, GelMA fibers, GelMA complex structures, and GelMA-based microfluidic chips. The resulting structures and biocompatibility of the materials as well as the printing methods are discussed. It is believed that this protocol may serve as a bridge between previously applied biomaterials and GelMA as well as contribute to the establishment of GelMA-based 3D architectures for biomedical applications.

Presented here is a method for the 3D bioprinting of gelatin methacryloyl.

Protokolle des 3D-Bioprintings von Gelatine Methacryloyl Hydrogel-basierten Bioinks

Gelatin methacryloyl (GelMA) has become a popular biomaterial in the field of bioprinting. The derivation of this material is gelatin, which is hydrolyzed ...