פציעות קרטליג מטראומה או מחלות ניווניות כגון osteoarthritis מציבות אתגר קליני גדול כי cartilage יש יכולת ריפוי פולשנית מוגבלת. הנדסת Tissue התפתחה כאסטרטגיה מבטיחה לשחזר את הפונקציה, ואת הספידרדר הוא מרכיב קריטי המספק סביבה תומכת זמנית עבור קבצים מצורפים תאים, התפשטות, ו matrix deposition בין טכניקות ייצור שונות, אלקטרו-פינים צבר תשומת לב מיוחדת עבור יכולת הדחיסה הטבעית שלה (Ric Analysis) כדי לחקות את הגמישות הטבעית שלה.

הבנה של אלקטרוסנספינינג ב Tissue Engineering

אלקטרוספינינג היא טכניקה מגוונת ומדורגת שמשתמשת בשדה חשמלי כדי למשוך פתרונות פולימרים או נמס בסיבים אולטרה-פריים עם קוטרים הנעים ממספר ננומטרים למיקרומטרים.ההגדרה הבסיסית כוללת משאבה סירינג, אספקת כוח גבוהה וצמיחה גבוהה, מחט או ספיננרט מוצק, ואספן מעומק. כאשר מתח גבוה הוא, הפלט פולימרן מוחל על ידי צורך חשמלי מלוכד, הופך להיות מלוכד, פעם אחת כוחות סילון מאוגדילים, פעם אחת מלוכדים, הוא חיזרב.

הפרמטרים של תהליכים מרכזיים כוללים מתח יישומי, קצב זרימה, מרחק אספנים, ריכוז פולימרים ופתרון מוליכות. פרמטרים אלה משפיעים ישירות על סיבים מורפולוגיה, הפצה קוטר, היערכות ונפיחות - סיבוכים חיוניים להנחיית התנהגות תאים ו היווצרות רקמות בתיקון קלחוס. לדוגמה, סיבים תואמים יכולים לחקות את המבנה האנסוטרופי של אזורי טיפול מסוימים, בעוד סיבים אקראיים מציעים תמיכה טרופית עבור התא חדירה.

תפקיד האלקטרוספגונס ב-Cartilage Regeneration

cartilage Articular הוא רקמה מיוחדת עם ארכיטקטורה מורכבת zonal: האזור השטחי יש סיבי קולגן מקבילים על פני השטח; אזור האמצעי מכיל סיבים מוכווניים אקראיים; ואת האזור העמוק יש סיבים perpendicular to the subchondral העצם.בנוסף, את ה- ECM משתנה עם עומק, המשפיע על התכונות מכניות וכימיקליות.

יתרונות מרכזיים של אלקטרוספונס Scaffolds עבור תיקון קרטליג

הפופולריות של אלקטרוספין בהנדסת רקמות טרחוס נובעת ממספר יתרונות ברורים על שיטות ייצור נפוציות קונבנציונליות כגון ליהוק ממס, הקפאה, וקצף גז.

  • (FLT:0) יחס פני השטח גבוה-שטח-שטח-שטח-שטח-שטח-שטח-שטח-שטחי:FLT:1 רשת ננופיבר מספקת משטח נרחב לדבקות תאים ופיזור תזונתי גבוה יותר, תמיכה בתנודות תאים גבוהות יותר ובחלוקה אחידה.
  • (FLT:0) חיקויים של הילידים ECMigue:FLT ( 1:1 אדריכלות פיברנוס דומה מאוד ל- fibrils קולגן ב cartilage, מתן הדרכה מגע וסימנים אותות אשר מקדם את הגוון chondrogenic ו ECM deposition.
  • (FLT:0) ביו-דידה ואמינות: ⁇ FLT 1 A מגוון רחב של פולימרים טבעיים וסינטטיים -collagen, ג'לטין, שיטורן, שיוטוסאן, פוליפטרון (PCL), פולי-פולי (חומצה פוליקל-קו-קו-גליקולית) (PLGA), ופולי(חומצה ללקטית) - להיות אלקטרופולונילאורטילאורטילא-פולני לתוך חומרים חדשים אלה.
  • (FLT:0)Customization: FLT:1 קוטר סיבים, היערכות ו porosity ניתן להתאים כדי לעמוד בדרישות מכניות וביולוגיה ספציפיות.לדוגמה, הגדלת סיבים יכול לשפר כוח דחיסה, בעוד שתאים סיבים משפרים את התכונות של עשרות אלפיות בכיוון מועדף.
  • (FLT:0) שחרור מופרש של מולקולות ביואקטיביות: OVAFLT:1 ; אלקטרוספינינג יכול לבודד גורמי צמיחה, ציטוקין, סמים, או חומצות קצב בתוך הסיבים עבור אספקה מתמשכת, מקומי. זה שליטה ספירוויטורית משפר יעילות רגנרטיבית ומפחיתה את תופעות הלוואי המערכתיות.
  • (FLT:0) calScalability:0) אלקטרוספינינג הוא תהליך מתמשך שניתן לדרג אותו לייצור תעשייתי באמצעות מערכות מרובות-נוזל ומחולל מנדלים, מה שהופך אותו לזמין לתרגום קליני.

יתרונות אלה הוכחו במחקרים קליניים רבים.לדוגמה, phosuffolds PCL אלקטרוספנסים שנזרעו עם תאי גזע mesenchymal (MSCs) הראו שיפור תיקון הפחמימות במודלים של ארנב, עם היווצרות טיפול משופר דמוי hyaline ואינטגרציה עם רקמת מארחת.

חידושים אחרונים בטכניקה אלקטרו-סמנטלית לתיקון קרטלאז'

בעוד אלקטרו-ספינינג קונבנציונלי מייצר מזרנים אקראיים, חידושים אחרונים הרחיבו את היכולות של הטכניקה, המאפשרים ייצור של פיגומים מתוחכמים יותר שמתאימים למורכבות המבנית והביולוגית של טרחוס Native.

אתר אינטרנט ו- Hybrid Scaffolds

(ל) להתגבר על המגבלות של מספריים חד-פעמיים - כגון כוח מכני לא מספיק או חוסר ביואקטיביות - חוקרים פיתחו מזרונים אלקטרו-ספאנים מורכבים.היברידיים האלה משלבים שני חומרים או יותר, לעתים קרובות כולל קרמיקה ביולוגית או חלקיקים.לדוגמה, שילוב של רכיבי חומצה הידרוקסיפטית (HA) או זכוכית ביולוגית לתוך סיבים משפרת את המינרלים ותומך, אשר מקבצית של CMVicicicicicergation, אשר מקודמת, כמו גם כן, או CMIFgicicicicicicicicial Regicicicicicial Regicial Regicial Regicial Regicial Regicial, או CM.

רב-שכבות ו-Girdient Scaffolds

(הרכב האמנותי) אינו הומוגני; יש לו אזורים נפרדים עם תכונות מכניות שונות, אוריינטציה קולגן, ותוכן פרוטגניקני.כדי לשכפל את ההיררכיה הזאת, החוקרים פיתחו מספריים רב-שכבות באמצעות אלקטרוספנינג שברירי או על ידי שילוב של פתרונות אלקטרו-ג'נדריים עם שיטות ייצור אחרות של קופרולד יכול להיות שכבה אקראית עבור סיביר קבונימי, או דחיסה של אזור דחיסה של דחיסה אחורית (Fred) עם דחיסה אחורית (D) או דחיסה (D) עם 2, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, או דחיסה אלקטרו-מנטלית של אלקטרו-מנטלית של אלקטרו-מנטלית (D) עם שיטות ייצור אלקטרו-מנטלית (DVal) עם דחיסה) עם שיטות ייצור אלקטרו-FLTD) עם שטף) עם שילוב של אלקטרו-מחדשנית (DVal) עם שיטות ייצור אלקטרו-מחדשנית (DLTFal) עם שיטות ייצור אלקטרו-מחדשנית).

קואקסיאלי ו Emulsion Electrospinning

אלקטרוספינינג קואקסיאלי משתמש בשני מחטים קונצנטריים כדי לייצר סיבים ליבה-שלמה (הליבה) יכול להכיל גורם סמים או צמיחה, בעוד הפגז מספק יציבות מכנית ושליטה.טכניקה זו מאפשרת להפחתה של מולקולות ביואקטיביות עדינות מבלי לחשוף אותן לפתרונות אורגניים קשים.עבור תיקון טרחוס, שינוי גורם צמיחה 1 (TGF-β-β-או β-α) יכול להיות גורם כימי פשוט להפחתה (עופרת) להפחתה של תאים דמויי) להפחתה ביולוגית (עופרת) להפחתה מהירה יותר.

אלקטרוסנסט עם הדפסה תלת-ממדית

בעוד אלקטרוספינינג מייצרת סיבים יפים, זה בדרך כלל מניבה מזרונים דקים (מיקרומטרים לכמה מ"מ) עבור תיקון פגמים גדולים של פחמימות, עבה יותר, יותר ⁇ ⁇ מתקדם נדרשים.שלב אלקטרוסנסנינג עם הדפסה 3D (Lout אלקטרו-Tapated) מאפשר ייצור של מבנים היררכיים: סיבית תלת-מפוס 3D מתמוססת ומספקת אלקטרו-אפומטרים כגון:

Stem Cell-Laden Electrospun Scaffolds

הפיגפיים יכולות לשמש כנושאות עבור תאי גזע, או על ידי ראיית תאים לאחר ייצור או על ידי שילוב אותם במהלך אלקטרוספינינג (למשל, באמצעות אלקטרוס מתפללים תאים) הגישה האחרונה, המכונה bio-electrospinning, מאפשר יצירת סיבים ניידים-מדבקות תאים, למרות שהוא דורש שליטה זהירה של מתח וזרימה כדי לשמור על יכולת גבוהה יותר, הם זיהום אלקטרו-מדומים (מדומים) על ידי ספוגים ניידים).

יישומים ב- Specific Cartilage Fix Contexts

פיגומים אלקטרוספנס נחקרים עבור סוגים שונים של פגמים טרחוס, כולל cartilage articular, Meniscus, ו אוסטאוכונדריאל.

תיקון אמנותי

עבור פגמים קבוצתיים מוקד chondral, phoaffolds אלקטרוספטורי ניתן להשתלת כמו מבנים ללא תאים או תאים-sed תאים. במודל ארנב, אלקטרוספסום PCL /gelatin scaffolds הנחשק עם chondrocytes אוטולוגיים שקודמו על ידי ריפוי של פגמים מלאים עם משקעים דמוי hyaline לאחר 12 שבועות.

תיקון Meniscus

המניסקוס הוא מבנה fibrocartilaginous עם רשת מורכבת, קוגניציה תואמים באופן קומבינטית. Electrospinning יכול לייצר פיגומים סיבים מיושר לחקות את הארכיטקטורה הגברית. במחקרים vitro באמצעות סיבים PLGA תואמים הראו כי Meniscus fibrochondrocytes יחד עם כיוון הסיבים והמודלים ECM המוכוון של פציעות אלקטרו-קרבות הוכחושנות של תאים נוגדנים יכולים לקדם זיהום משותף עם HIV.

תיקון אוסטוצ'ונדרל

פגמים אוסטוצ'ונדרל כרוכים הן טרחוס והן subchondral העצם. Bilayered או ⁇ ⁇ ⁇ הם אידיאלי עבור יישום זה. אלקטרוספינינג מאפשר את ייצור של נבל מורכב עם שכבת ננופיברווס cartilage ו a ⁇ ern עצם ⁇ , למשל, סגסוגת עצם קשיחה מורכבת של שכבת אלקטרופולציה PCL-קוגניבה עבור שכבת amatod otragend atarte otamtamtamtamtamtamtrave.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות משמעותית, כמה מהמכשולים נשארים לפני שפיפונים אלקטרוספשנים הופכים לכלים קליניים שגרתיים לתיקון טרחוס.

תכונות מכניות

טרחוס אינדיאני נתון דחוס, Shear, ו Tenile לטעון. Electrospun scaffolds לעתים קרובות חסר את הנוקשות הדחיסה של cartilage, במיוחד כאשר רטוב, בגלל הנפיחות הגבוהה שלהם.אסטרטגיות כדי לשפר ביצועים מכניים כוללים רשתות סיביים חודרים (כימית או דרך חום), משיכה עם ננו-fillers (natubes, ננוולוז), או עיצוב סיביים יותר, או חומרים מעודנים, יכול להיות מופחתים יותר.

קידוד תאים ו-Hoogeneous Seeding

גודל הנקבובי הקטן של מזרנים אלקטרוספונים (בדרך כלל 1-10 μm) מגביל חדירה תאים, מכריח תאים להישאר על פני השטח.זה מוביל להיווצרות לא אחידות. גישות האחרונות לשיפור חדירה כוללים באמצעות סיבים מקודשים (למשל, אלקטרוסינינג'ילן חמצני או ג'לטין שניתן לטבול), קריאות אלקטרו-מדומים לנפחים נוספים, אשר לעתים קרובות, כמו גם מיקרו-סגולות אלקטרו-מדומים, אשר משולבים.

אינטגרציה ארוכת טווח ודרדציה

Scaffolds חייב לזלזל בקצב שמתאים לתנודות רקמות חדשות.אם השפלה היא מהירה מדי, הספידר מאבד תמיכה לפני התבגרות רקמות; אם איטי מדי, זה עלול לעכב רקמות מחדש וגורם דלקת כרונית יותר, יתר על כן, את הרעלים על ידי חומרים לא רעילים וקלות יותר, פולימרים כמו PCL כיתה לאט (2-4 שנים), בעוד PLGA des מהירים יותר למולקולות לטווח קצר יותר (בגדורציה) עם רמות נמוכות יותר של אלכוהולריות).

שיקולים ושיקולי ייצור

תרגום לשימוש קליני דורש ייצור הדדי תחת שיטות ייצור טובות (GMP) אלקטרוספינינג רגיש לתנאי הסביבה (העוני, הטמפרטורה), ומדפי ללא תנודות איכות הוא מאתגר.מערכות מרובות-נוזל ו ניטור אוטומטי מפותחים כדי לטפל בזה.מנקודת מבט רגולטורית, הפיגום אלקטרו-אפילשן המיועד לתיקון טרחוס מסווג כמכשירים רפואיים או שילוב (אם הם מכילים תאים, בדיקות פונקציונליות), כולל מודלים מתקדמים לאבחון חומרים ביולוגיים).

חומרים חכמים ואחראיים

כיוונים עתידיים נועדו ליצור פיגומים "אינטליגנטיים" שמגיבים לסימנים פיזיולוגיים.לדוגמה, פיגומים המכילים אנזימים (למשל, ממטריקס מתכתלופרוטאיאז-מחדש-מקושרים) ניתן לשופץ על ידי תאים פולשים.טמפרטורה או pH-responsive חומרים יכולים לשחרר גורמי צמיחה באתרים מפוצצים.

מסקנה

אלקטרוספינינג הפכה לטכנולוגיה אבן הפינה של ייצור פיגומים בהנדסת רקמות טרחוס.היכולת שלה ליצור רשתות ננופיבר שמשכפלות את ECM הילידים, בשילוב עם התקדמות חומרים מורכבים, מבנים רב-שכבתיים, ושחרור מבוקר, הביאה אותנו קרוב יותר לפתרונות תיקון קליני קיימא של טיפול קליני, עם זאת, אתגרים הקשורים לחוזק מכני, חדירה תאים, אינטגרציה ארוכת טווח, וקיבולת גבוהה, חייב להיות להתגבר על בדיקות אלקטרו-חומריות חכמות, כמו גם על ידי טיפול תרופתי, כמו גם על ידי בדיקות מעבדה יעילה, כמו גם טיפולים ביולוגיים, כמו גם טיפולים ביולוגיים יעיל.