Name: wet-spinning-based molding process of gelatin for tissue regeneration
Uploaded: 2019-03-07T14:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Wet-spinning-based Molding Process of Gelatin for Tissue Regeneration at JoVE.com

מחקר זה נתמך על ידי משרד הלאומי הביטחון (MAB-105-070; MAB-106-077; MAB-107-032; MAB-107-065), משרד המדע והטכנולוגיה (רוב 107-2320-B016-016), בית חולים כללי Tri-שירות, הלאומית ההגנה המרכז הרפואי, טייוואן (TSGH-C106-046; TSGH-C106-115; TSGH-C107-041), בית החולים הכללי נג-חסין ואת שיתוף הפעולה של המרכז הרפואי של הביטחון הלאומי (CH-NDMC-107-8).

רקמות השומן התקבלו ניתוחים אורתופדיים כמו המאושר על ידי המוסדיים סקירה הלוח של Tri-שירות כללי החולים, טייפה, טייוואן, R.O.C. הליכים הכוללים נושאים בעלי חיים אושרו על ידי ועדת אכפת לי חיה-National מרכז רפואי ההגנה, טייוואן (R.O.C).
1. להרטיב ספינינג תהליך
<ol><li>
פתרון הכנה
	<ol>
<li>ל?...

<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. J., Hiltner, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hierarchical+structure+of+collagen+composite+Systems:+lessons+from+biology.">Hierarchical structure of collagen composite Systems: lessons from biology.</a> Pure and Applied Chemistry. 6, 961-973 (2009).</li><li>Harrington, W. F., Von Hippel, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure+of+collagen+and+gelatin.">The structure of collagen and gelatin.</a> Advances in Protein Chemistry. 16, 1-138 (1961).</li><li>Veis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Macromolecular Chemistry of Gelatin. , (1994).</li><li>Freyman, T. M., Yannas, I. V., Gibson, L. 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>

הצגנו את התפתחות biomaterials מבוססי ג'לטין על-ידי שימוש פשוט רטוב ספינינג טכניקה שניתן להחיל במחקר של פולימרים טבעיים עבור התחדשות רקמות. עבודה זו הפגין את האפשרות של ייצור ג'לטין כמקור חלבון נהדר ללא התוספת של מקורות אחרים, במטרה לייעל את המאפיינים של ג'לטין עצמה. התפתחות biomaterials מבוססי ג'לטין ב...

הפיתוח האחרון התחדשות רקמות כוללת את היישום של הנדסת רקמות, אשר מייצג את אתגר עבור השיפור של אסטרטגיות טיפוליות חדשות בטיפולים רפואיים. לדוגמה, הפוטנציאל מוגבל של מערכת העצבים התחדשות, הבאים מפציעה או מחלה, מהווה בעיה בריאותית משמעותית ברחבי העולם. בשל המורכבות של התהליכים הקשורים pathophysiological עם מערכת העצבים, השימוש בשתל מסורתי או היישום של ייצוב ניתוח הוכח להציע הטבות בתוצאות פונקציונלי, אבל אין שום ראיה חזקה עבור ההשפעות של קיבוע עמוד שדרה ניתוח1,2. ברקמות האזור הפגוע איבד והוחלף האסטרוציטים המושרה hypertrophically3, בסופו של דבר ויוצרים הצלקת גליה צפופה4,5. מטריצה זו משמש כמחסום כי רחובות ההתאוששות של העצב לתפקד6,7 , לכן, במידה רבה מעכבת התחדשות. לכן, חומר מילוי מתאים הפער צפוי למנוע האובדן של רקמת ולהפחית את היווצרות של רקמת צלקת-הקשורים על ידי שמירה על השלמות של האזור הפגוע, כמו גם על-ידי מתן החלפה ישירה של תאים עצביים, המעגלים כדי לקדם התחדשות האקסון.
Biomaterials פולימריים היה מועדף כמו פיגומים לתרפיה התחדשות רקמות, בהתבסס על התקנון של התקדמות ההתנהגות ואת הרקמה תא או האקסון וכלה בתמיכה מטריצה חוץ-תאית טבעיים (ECM). התבנית סיבים נחשבת בדרך כלל אבן בניין לחומרים שונים, בשל מבנה חד-ממדי8. הסיבים יכול להיות מושגת בדרך כלל על-ידי ההבלטה להמיס או רטוב ספינינג שיטה; עם זאת, גודל גדול והעלות של הציוד וכל הקושי לבצע בשיטות אלה הם מאתגרים. בנוסף, רוב העבודה הקשורים סיבי פולימר התמקדו חומרים סינתטיים או ללא הפרדות צבע. פולימרים טבעיים כמקור biomaterial מציעים מאפיינים הביו טוב יותר עבור גוף האדם. בכל זאת, כדי להשיג את היישור של סיבי פולימר טבעי הוא יחסית קשה יותר של פולימר סינתטי מקורות9. ומכאן, ההמרה של פולימר טבעי כמו מקור עשיר לחלבון לתוך סיבי biomaterial הוא לאסטרטגיה חשובה – לא רק הסיבים biomaterial יכול להיות ישירות מבודד מן חומר הגלם, וכך להימנע של טרנספורמציה מיותרים כדי מונומרים, אבל סיבי חלבון יש גם מראה טוב של מאפיינים חיוביים10.
בהקשר זה, אנו מתארים שיטה זולה עיבוד עבור ייצור סיבי פולימר טבעי דרך התפיסה הבסיסית של ספינינג רטוב, זה יכול להיות מיושם על המשקל מעבדה עבור הנדסת רקמות. ספינינג רטוב מבוצעת על ידי ההבלטה קרישה של פתרון פולימרי לתוך nonsolvent פולימר מתאימים. פתרון מתאים, צמיגה מסטול לתוך בינוני קרישת הדם גורמת מולקולות הפולימר להתמוסס. שלב המעבר, חוטים לאבד את המסיסות שלהם ואז הם זירז בצורה של שלב11פולימר מוצק. בהתייחס לתפיסה זו, אנו מורחב ואז ההתפתחות של הג'לטין לתוך הטופס שפופרת של תהליך היציקה, אשר נחשב ראוי ליישום התחדשות רקמות. בנוסף, ביסודה, אנו גם לפתח כל צורה של חומר מסיבי ג'לטין (למשל, צינור ג'לטין מסתכמת מסיבי ג'לטין מספר), לשני היישומים הרצויים.
ג'לטין, פולימר טבעי מתכלה, נוצר מ קולגן שפגע בסימני, הידרוליזה, כולל כל מדינה הסליל semicrystalline, אמורפי או משולשת של קולגן12. ידוע הזה קולגן הוא החלבון מבניים חיוני של כל רקמות החיבור של חולייתנים, חסרי חוליות13,14, אשר דומה למבנה חלבון של ECM העיקרי שגורם עצב צמיחה, במקביל, מחליף את כמות גדולה של גליקוזאמינוגליקן מופרש במהלך פגיעות בעמוד השדרה. לכן, השימוש של ג'לטין כמקור יהיה בחירה מצוינת עבור כל רכב רפואי. מלבד היותו מקור זול, ג'לטין הוא גם מתכלה, cytocompatible ומוכח קלינית להיות זמני פגם מילוי15. התפתחה צורת צינור, בדיקות במבחנה ויוו המתוארים כאן מדגימים כי ג'לטין יש הביו מעולה התאמתם רקמות בעתיד יישומי הנדסה. בתרבית עם תאי גזע אנושי אדיפוז, ג'לטין צינורות לשפר תאית התמיינות לתוך ובתאים עצביים באמצעות צביעת nestin חיובי כסמן תאי העצבים. יתר על כן, ג'לטין מספקות הפער חומר, המיוצר על ידי השיטה נוסדה במחקר זה, כמו צפוי להיות לניהול ובטוחה וכדי נהנים מאוד רקמות מהנדסים לפיתוח correlative פולימרים טבעיים עבור השיפור של רקמות אסטרטגיות התחדשות.

<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

מאמר זה מציג שיטה זולה כדי לבדות ג'לטין, כמו פולימר טבעי, לתוך סיבי monofilament או צורות אחרות המתאימות. דרך ספינינג בשיטה רטובה, ג'לטין סיבים המיוצרים על ידי ההבלטה חלקה במדיום קרישה מתאים. כדי להגדיל את השטח פונקציונלי של סיבים אלה ג'לטין והיכולת שלהם לחקות את התכונות של רקמות, ג'לטין שאפשר לעצב לטופס צינור בהתייחסות לרעיון הזה. נבדק על ידי בדיקות במבחנה ויוו, הצינורות ג'לטין מדגימים פוטנציאל גדול עבור יישום בהנדסת רקמות. מתנהג כחומר מילוי מתאים הפער, ג'לטין צינורות יכול לשמש כתחליף הרקמה באזור הפגוע (למשל, במערכת העצבים או לב וכלי דם), כמו גם לקדם התחדשות על-ידי מתן תחליף ישירה של תאי גזע, המעגלים העצביים. פרוטוקול זה מספק הליך מפורט ליצירת biomaterial מבוסס פולימר טבעי, וצפויה יישומה באופן משמעותי לטובת פיתוח correlative פולימרים טבעיים, המסייעים לממש אסטרטגיות התחדשות רקמות.

במחקר זה, פיתחנו בהצלחה את הג'לטין לתוך סיבי (איור 2א) ואת צינורות (איור 2ב, ג) דרך מושג ספינינג רטוב ידידותי למשתמש. חומרים אלה מבוססי ג'לטין יכול להיות מנוצל כמו כל כלי רפואי, בהתאם הצורה שלהם. בהתחשב בכך כי השטח פונקציונלי ...

Watch this Scientific Journal Video about Wet-spinning-based Molding Process of Gelatin for Tissue Regeneration at JoVE.com

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

אנחנו שפותחה. ומתארות פרוטוקול מבוסס על הרעיון ספינינג רטוב, לבנייה של מבוססי ג'לטין biomaterials בשימוש של יישום הנדסת רקמות.

תהליך לכייר רטוב-ספינינג מבוססי ג'לטין על התחדשות רקמות

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

פרוטוקול זה משפר מושג בסיסי של סיבוב רטוב כדי לפתח חומר מרצועת סיבים אחת לרצועות שונות שניתן להשתמש בהן עבור כל יישום רפואי מועדף. טכניקה זו היא פשוטה, זולה, ואינו דורש תוספת של פולימרים סינתטיים להתאמה אישית של פולימרים טבעיים לתוך משאב של חלבון עבור חומרים מעניינים. טכניקה זו יכולה להיות מורחבת להתפתחות ביו-חומרית להריגת טיפול קר כגון טיפול במערכת העצבים המרכזית או ההיקפית, החלפת כלי דם, או שחזור ישיר בדרכי השתן.שיטה זו מיועדת ליישום רפואי כולל כאסטרטגיה עבור עצבי רקמות או רפואה רגנרטיבית. טכניקה זו יכולה להיות מיושמת בקלות על ידי מתחילים. שים לב כי, לאחר מספר חזרות דפוס, איכות הפתרון תמיד צריך להיבדק כדי לשמור על היווצרות אופטימלית.כדי ליצור את הצינור מסתובב רטוב, הראשון להטביע מד 24 על ידי שלושה רבעי אינץ ' קטטר ורידים היקפיים לתוך פתרון ג'לטין מוכן טרי במשך שלוש שניות, ואחריו טבילה בתתכנון אצטון מוכן טרי במשך דקה אחת. חזור על שלבים אלה 20 פעמים. לאחר טבילת האצטון האחרונה, תנו לצינור היצוק להתייבש במשך חמש דקות בטמפרטורת החדר, ולהשתמש בהמוסטאט כדי להעביר בזהירות את צינור הג'לטין מהקטטר לתוך פיפטה זכוכית פסטר עם 2.5% פתרון דיכלורומתאן פוליפרולקטון עבור דגירה מתחת למכסה המנוע לילה בטמפרטורת החדר.למחרת בבוקר, לעקר את הג'לטין במשך שעתיים תחת אור אולטרה סגול לפני לזמן קצר שקוע הצינור ב 75% אתנול. ואז לשטוף את הצינור פעמיים עם תא גזע בינוני כדי להסיר את האתנול שיורית. כדי לטפח את צינור הג'לטין עם תרבות התאים, החלף את הקצה הנשוי של תאי גזע שומן אנושיים מבקבוק תרבות עם מיליליטר אחד של 0.25% טריפסין-EDTA עבור דגירה של 3.5 דקות ב 37 מעלות צלזיוס ו 5% פחמן דו חמצני.כאשר התאים התנתקו, לעצור את התגובה עם מיליליטר אחד של סרום חזיר עוברי ולהעביר את ההשעיה התא לתוך צינור microcentrifuge. לאסוף את התאים על ידי צנטריפוגה ולתלות מחדש את גלולה במיליליטר אחד של תא גזע בינוני. לאחר מכן מניחים את צינור הג'לטין באר אחת של צלחת שש באר המכילה שלושה מיליליטר של מדיום תאי גזע.לאחר ספירת התאים, זרע ארבע פעמים 10 עד הרביעי של תאי גזע שומן אנושי לתוך הצינור במשך שבועיים אינקובציה באינקובטור תרבות התא. לאחר אישור הרמה המתאימה של הרהום על ידי חוסר תגובה לצביטת בוהן בחולדת ספראג דאוולי בת שמונה שבועות, לגלח את השיער מאזור טרפז ולעקר את העור החשוף עם פתרון povidone-יוד. לכסות את החולדה עם וילונות כירורגיים סטריליים כדי להפחית את הזיהום החיידקי של האתר הכירורגי ולהשתמש מספריים כירורגיים לעשות חתך רדוד, שני סנטימטר ארוך העור.מניחים את צינור הג'לטין ישירות לתוך השכבה בין fascia והשריר ולהשתמש תפר ניילון כדי לסגור את הפצע. ואז לעקר את החתך עם פתרון povidone-יוד. לגרום לחולדה באמצעות הזרקה תוך שרירית של ketoprofen ו cefazolin ולשמור על החיה בתנאים אספטיים במשך שבעה ימים.זה רעיון ספינינג רטוב ידידותי למשתמש יכול לשמש לפיתוח ג'לטין לתוך סיבים וצינורות. תצפיות מורפולוגיות של צינור הג'לטין על ידי סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים חושפות משטח לא חלק במיוחד בקוטר פנימי של יותר מ-200 מיקרומטר ועובי של כ-20 מיקרומטר. כתמים של צינור ג'לטין של תא גזע שומן אנושי עבור ביטוי סמן תא עצבי מדגים כתם חיובי עבור הסמן יחד עם גרעינים מזוהים מרובים המצביעים על כך התאים יכולים לחדור לדבוק צינור ג'לטין ולהבדיל לתאי הצאצא העצבי.השתלת צינור הג'לטין לשכבת הפאשיה מאשרת את בטיחותו ואת תאימותו הביולוגית, כיוון שאין אינדיקציה לאדמומיות, נפיחות או תסמיני דלקת אחרים נצפים בתוך הרקמה המקומית והצינור מוקף ברקמת חיבור מפותחת. בעת ניסיון הליך זה של שתי נקודה אחת, הבטחת טבילה של התבנית בזמן הציפוי הספציפי בכל פתרון חשובים מאוד לבניית טופס צינור מדויק. בעקבות הליך זה, הניסויים שלנו להשתמש במודל בעלי חיים של מחלה אנושית יכול להתבצע כדי לחקור במדויק את התוצאה של הביו-חומרים עבור אסטרטגיה התחדשות רקמות.לאחר התפתחותה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בפיתוח פולימרים פשוטים של טבע מאכל לכל סוג של חומר עבור יישום רפואי החליט. במצב שימוש רגיל, פתרון dichloromethane polycaprolactone נחשב להציג מפגע סביבתי מינימלי, אבל לא לשכוח לבצע כל צעדים עם כימיקל זה ב ארון biosafety המתאים.

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.

ביטוי, בידוד וטיהור של מסיס ובלתי מסיסים חלבונים Biotinylated להתחדשות רקמת עצב

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

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.

דיגום מהיר ועלות נמוכה של מכשירים רפואיים באמצעות 3D מודפס תבניות להזרקת נוזלים

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.

הנדסת ג&#39;ל קולגן Cellularized 3D לשחזור רקמות וכלי דם

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.

התאמת תהליך Electrospinning לספק שלוש סביבות ייחודיות לTri-שכבתי<em&gt; במבחנה</em&gt; דגם של חומת Airway

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.

אפיון איכותי של השבר מימית מ הידרותרמיות עיבוי של אצות באמצעות גז כרומטוגרפיה 2D עם זמן של הטיסה ספקטרומטריית מסה

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.

מוני Microgels לטין היברידי שדה-Responsive המגנטי לשחרור סמים מבוקר

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.

חרוז לזווג עם מגנט במערך צורניים Microwells עם משתנה גיאומטריות קעורה

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.

תלת מימדי רקמות מהונדסים מיושר אסטרוציט רשתות כדי לסכם מנגנונים התפתחותית וכדי להקל על מערכת העצבים התחדשות

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.

הקמת הגיאומטריה של האדם תא גזע עובריים המושבות על מצעים תואמי כדי לשלוט במכניקה ברמת רקמות

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.

פרוטוקולים של 3D ביוריטינג ג'לטין הידרוג'ל מבוסס-דיו

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