טכניקות אלקטרוסינינג ליצירת קרטלאז'-מיממתיק ננופיבר Scaffolds

הבנה של אלקטרו-סמנינג

אלקטרוסמנטינג הוא מגוון רחב מאוד של טכניקת ייצור סיבים שניתן לשלוט בו, אשר הפך אבן הפינה של הנדסת רקמות, במיוחד עבור יצירת פיגומים כי לחקות את הארכיטקטורה nanofibrous של המטריקס חוץ סלולרי (ECM) בהקשר של תיקון קלוש, מיקרוסקופי אלקטרופטיים מופעלים על ידי אלקטרופטיים אינטנסיביים לספק פלטפורמה מבטיחה לתמוך בתפקוד chondrocyte, matrix deposition, ובסופו של תפקוד משותף של 10Vates).

בניגוד לטכניקות ייצור ספוגיות מסורתיות כגון מלח, קצף גז, או ליהוק מעצורים, אשר מייצרים pores בעשרות עד מאות מיקרומטר אבל חסר סיבים רצופים, אלקטרוסנסינג מייצרת רשת צפופה של סיבים אשר מחדש את אותות פיזיקליים chondrocytes מפגש בתוך vivo. Cartilage עצמו הוא aדחוס, avascular עם רקמות מגזעים מאוד מחובר עם סיבית מסוג ICM-RUS) מחוזקה (מחדש) מחוזקה) מ-Ric).

מעבר לחיקוי מבני, אלקטרוספנינג מציעה את היכולת לשלב מולקולות ביואקטיביות ישירות לתוך סיבים, או על ידי ערבוב אותם עם הפתרון פולימרי, באמצעות ספיננרטים קואקסיאליים ( סיבי ליבות), או באמצעות פונקציונליזציה לאחר spinning. זה הפוך אלקטרוסנסיביות הופכת את אלקטרוסנסיטיטנינג פלטפורמה אטרקטיבית עבור מתן גורמי צמיחה, cytokines, או סמים באופן מבוקר, מתמשך - תכונה כי הוא לעתים קרובות משמש את הטכניקות התחדשות גבוהה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, בעיקר דלקת התחדשות גבוהה, כלומר, כלומר, הוא משמש.

חומרים המשמשים קרטלגיל-מיממתיק Scaffolds

הבחירה של פולימרים (s) היא אולי ההחלטה הקריטית ביותר באלקטרוסמנט עבור הנדסה טרחוס. החומרים חייבים להיות לא עקביים, ביומדן בקצב התאמת היווצרות ניאוטפיק, תהליך ניתן בתהליך באמצעות אלקטרוסמנטינג, והיכולת לתמוך פנוטיפים chondrogenic.

פולימרים סינתטיים

• (FLT:0)Polycaprolactone (PCL): irFLT:1 , PCL הוא חצי-קריסטל, פוליסטר ביומדן עם שיעור ההשפלה איטי (2-4 שנים ב vivo), תכונות מכניות מצוינות, ואישור FDA עבור מכשירים רפואיים רבים.com נמוך היתוך (- 60 מעלות צלזיוס) ו solubility נפוץ פתרון אורגני (למשל, מוטיב אלקטרוגרפולציה, הוא לעתים קרובות מקלה) עם טיפול תרופתי (Lon-Lon-Lungomerified) הוא לעתים קרובות.
• (FLT:0)Poly(lactic-FLT:1igcoirFLT:2-glycolic acid) (PLGA): PLGA 3 PLGA הוא copolymer של חומצות lactic וגליקוליות אשר שיעור ההשפלה שלהם יכול להיות מותאם על ידי יחס מונומר. סיביים degrade באמצעות הידרוליזה, הפקת חומרים חומציים כי הם בדרך כלל CMLed היטב כדי להגדיל את הגדלה, כמו חומצה פולית, כמו חומצה פולית חומרים הידרו-רפואית.
• (FLT:0) חומצה פולית (PLA) ופולי(glycolic acid) (PGA): PGA:FLT:1 PLA (במיוחד L הואמר, PLLA) ו PGA היו גם אלקטרוספגון עבור יישומים לטראנס (PLLA) הוא יותר גבישי ו degrades לאט, בעוד PGA degrads במהירות תכונות מכניות שלהם (במיוחד) יכול לשפר את רמות הירכיים.

פולימרים טבעיים

• (FLT:0)Gelatin:FLT:1 Gelatin נגזר מ קולגן ושומר מוטיבים רבים של תאי-קרב (למשל, RGD רצפים) הוא מים, צלולי מים, ביודגרד, ו- galgin זול יחסית. Gelatin יכול להיות אלקטרוספun מפתרונות ממערכות מזחלות או קומפואר, אבל הכוח מכני המסכן שלה ועוצמתוכל כך גבוהה בטמפרטורות ג'לגן (Ricoln) ⁇ dn.
• (Fdro:0) סוג I ו-II:FearLT:1 Collagen הוא חלבון ECM העיקרי ב cartilage (סוג II) והוא חומר ספוג אידיאלי בשל הביואקטיביות הטבעית שלו, ביו-גמישות, ומניעה חיסונית חלשה יותר של אלקטרוסנסינג קומבן טהור דורש גם משככי חומרים מיוחדים (למשל, 1,1,3,3,3,3,3,3,3,3, 000-heperic) ו-heopanol, לעומת זאת, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000 יעיל, 000 יעיל יותר, 000 יעיל, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל, 000 יעיל יותר, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל יותר, 000 HFn טיפול עצמי, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000 יעיל, 000 יעיל, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל,
• (FLT:0) צ'יטוסאן: 1FLT (Chitosan) הוא פוליסלכריזיד אינטגרטיבי שמקורו Chitin, עם דמיון מבני ל GAGs שנמצאו ב-Cytilage ECM. זה ביו-degradable, לא רעיל, ויש לו תכונות אנטימיקרוביאליות. Chitosan פתרונות אלקטרוספניות מפתרונות חומצה אקוסטית, אך הנטייה הגבוהה שלה לדלקתיים (חומצה פולינזית) עלולה לגרום לנפיחות עצמית מורכבת, או לנפיחות פולינזירית.
• Hyaluronic acid (HA): HA is a non-sulfated GAG abundant in cartilage and synovial fluid, playing key roles in joint lubrication and cell signaling. HA is highly hydrophilic and anionic, making it challenging to electrospin as a pure polymer; it is usually(למשל, PCL, ג'לטין) או שונה מבחינה כימית (למשל, methacrylation) כדי לאפשר חיבור וסיבים. HA- המכיל פיג'ופילים לשפר את ה-chondrocyte הגירה ו- ECM deposition אבל דורש טיפול זהיר כדי למנוע פירוק מהיר של PCFLT:0age FLT:2Blens) שימוש יותר ויותר עם סטרואידים טבעיים של נוגדנים ו-Licicicolbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbnbn) כולל שימוש ב-L.

  טכניקות אלקטרו-סמנטליות

  ההתקנה הבסיסית אלקטרו-ספנית כבר מעודן במספר גרסאות, כל אחד מציע יתרונות ייחודיים עבור הנדסה פיסול פחמימות.

  פתרון אלקטרו-סמנינג

  זוהי השיטה הנפוצה ביותר בשימוש.הפולימר מתמוסס בגורם אורגני נדיף (או מערכת המבוססת על מים עבור פולימרים טבעיים) כדי ליצור פתרון עם רגישות אופטימלית, התנהגותיות ומתח פני השטח. Parameters כגון קצב זרימה (0.5-5 מ"ל /h), החל (10-25 kV), מרחק צורך עדקולולוגיה (10–20), ותנאים של פעילות גופנית כגון: ננומטר (R) חייב להיות אופטימיזציה של לחץ דם אורגני (pic) על כל אחד עם לחץ דם איטי (pic) עם לחץ דם).

  מל אלקטרוספן

  מלט אלקטרוספינינג משתמש בהמיסת פולינזין במקום פתרון, ביטול הצורך במיסוי אורגני ולהימנע מבעיות רעילות. שיטה זו אטרקטיבית במיוחד עבור פולימרים כמו PCL ו- PLA שיש להם נקודות ממיסה מוגדרות היטב. מלט אלקטרוספין בדרך כלל מייצרת קוטרים גדולים יותר של סיבים (בדרך כלל > 1 מיקרומטר) בהשוואה לפתרון אלקטרומנטיקה, כי מולטימפולציה מתמוססת גבוהה יותר וניתן לדגימה מתאימה לדגימה חשמלית (בדרך כלל) עם תכונות מהירות יותר, אך לאינטות אופטיות אופטיות אופטיות אופטיות ישירות (בדרך כלל) עם רמות ניקוי אופטיות אופטיות).

  קואקסיאלי אלקטרוספינינג

  אלקטרוסוניסטווינינג קואקסיאלי משתמש במבנה כפול ממוקד: מחט פנימי נושא פתרון ליבה (לעתים קרובות המכיל גורמי צמיחה, סמים, או פולימר תומך מכני) בעוד מחט חיצוני נושא פתרון פולימרים קליפה.המתח הגבוה גורם לשני פתרונות להזרקת שחרור מכנית (LG-Lgactive) אשר מקטין את קצבת הליבה של הגוף (LG-LG) להפחתה של רמות אלקטרואקטיביות (LG) של צמיחה פשוטות של אינסולין (ה-LG-L-L-L-L-L-L-LG) אשר מאפקטיביות) אשר מ-LG) אשר מאפקטיביות (הת-LG) אשר מאפקטיביות של אינסולין פשוטות יותר מ-LG) אשר מ-LG) אשר מ-LG) אשר מאפקטיביות של זמן קצר יותר מאפקטיביות של אינסולין (בטווח של זמן קצר יותר מאפקטיביות של דלקתיות (הפחתת קצבת של דלקת ריאות-L-LG) היה מסוגלות של דלקת ריאות-LG) כדי להפחית את קצבתיקים המשמשים להפחתה של זמן קצר יותר מאפקטיביות אלקטרואקטיביות של דלקת ריאות-LG-LG) כדי להפוך את רמות אלקטרו

  Multijet ו- Needleless Electrospinning

  מוצרים מסורתיים חד-נכינים יש נמוך דרךput ( ⁇ 0.1-1 mL /h), הגבלת השימוש שלה לייצור בקנה מידה גדול של מערכות מרובות-הייט באמצעות מחטים מרובים או תופים רוטט עם מספר ספיננרטים יכולים להגדיל את שערי הייצור. ⁇ אלקטרו-פעמיים זעירים (למשל, חוט מסתובב או גליל) לאסוף פתרונות מרובים של צינורות המשמשים פחות ממטרים, אך הם יכולים להגיע לכמויות קטנות של תרופות חד-פעמיות (למשל, אך ורק לאחר מכן) של פחות מכמות גבוהה יותר של תרופות.

  המונחים:

  הכיוון של סיבי אלקטרוספון משפיע באופן משמעותי על התנהגות תאים. סיבים אקראיים לייצר תכונות מכניות איזוטרופיות ולקדם התפשטות תאים בכל הכיוונים, בעוד סיבים מיושרים מעוררים הדרכה מגע ונכסים מכניים אנזוטרופיים - חשוב לחקות את הארגון ה ארגונומי של cartilage, שבו סיבים קולודקים באזור השטחי הם בכיוון של השטח המשותף, באזור האמצעי, הם אקראיים, והם עמוק כדי להיות מתואמים את הדימום בגודל של כמה גבוה יותר, כמו סיבי הקרום, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מתואמים, 000, 000, 000 מתואמים, 000, 000, 000, 000 מתואמים כדי להיות מכובשים לתוך סיבי שטח.

  עיצוב קרטלגיל-מיממתיק Scaffolds

  עיצוב גרף אלקטרוספגוני עבור cartilage דורש איזון של מבנים, מכניים, ביולוגיים.הפסל חייב לתמוך התפשטות תאים, לשמור על מורפולוגיה עגולה (טיpical של chondrocytes), לקדם ECM deposition, ומתנגד עומסים מכניים של תנועה משותפת. פרמטרים עיצוב מפתח כוללים סיבים, היערכות, גודל, השפלה, פני השטח.

  תכונות מכניות

  cartilage Articular הוא חומר מולטי עם מודולוס דחוס של 0.5-2 MPa ומודולולוציות Tenile של 5-15 MPa. אלקטרוספטוס בדרך כלל יש מודולולוס דחיס נמוך יותר (0.05-0.5 MPa) בשל הנפיחות הנוקשות שלהם וסיבים קטנים, אבל הם יכולים להיות מתחזקים על ידי הגדלת סיבים, צמצום נקבוביות, או תערובת פולינזית, עם מומנטום מגנטית חזקה מספיק.

  גודל פואר ופוארה

  נקבוביות גבוהה (>80%) היא הכרחית עבור דיפוזיה תזונתית ופסולת הסרת פסולת ברקמות פולשניות כמו cartilage. עם זאת, קשקשים אלקטרוספניים לעתים קרובות יש פופר קטן (כמה מיקרומטר) בשל האריזה הדחוסה של סיבים, אשר יכול למקם את התאים בסינון מפונקציה.

  שיעור הפחתת

  הספידר צריך לטבול בקצב שמתאים לפירוק ECM חדש - באופן קטי במשך כמה חודשים עבור תיקון קלחוס. פולימרים מהירים כמו PGA (שבועות לחודשים) עלול לאבד שלמות מכנית לפני די ממטריקס מיוצר.אט-דהרדינג איטי פולימרים כמו PCL (שנים) עשוי להימשך זמן רב מדי, מעכב אינטגרציה מלאה.

  המונחים: Surface Functionalization

  כדי לשפר את הביואקטיביות, סיבי אלקטרוספון ניתן למצופה חלבונים ECM (collagen, fibronectin, laminin) או טעון עם גורמי צמיחה. Immobilization של TGF-β1 או חלבון מורגנטי העצם 2 (BMP-2) על פני פני פני סיבי הוכח כדי לשפר את chondroesis של תאי גזע mesenmal (MSCs, בנוסף חלבונים ציטים עם ratchive יכול) עם חלבון rad (מתאים עם rad) עם סיכון Ychod) עם סיכון Ychodedded עם RGD).

  יישומים ומחקרים נוכחיים

  (ה) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

  (FLT:0) ב vivoveFLT:1 מחקרים ארנב, עז, ומודלים כבשים הראו תוצאות מבטיחות.לדוגמה, אלקטרוספנון PCL / Chitosan scaffolds מושתלים לתוך ברך הארנב אוסטאוצנדרל קידם תיקון fibrocartilage עם שיפור משופר מאשר לא מטופלת, במודל של goat, bilayersrated שילוב אלקטרופולגי (Ricial) עם שיפור vulrage עם טיפול בחולהמין (מפול) עם שיפור vulrage) עם שיפור phoupn-page) עם שיפור פגום עם שיפור פגום ארוך טווח עם טיפול בחולה טיפול בחולהמין (מפולטיבי עם phoupn-predtated טיפול ב-predd) עם שיפור phoupn-predtated טיפול בחולהמין 6 חודשים עם שיפור פגום עם שיפור phoupn-page עם שיפור פגום עם שיפור RMd) עם שיפור פגום עם שיפור פגום עם שיפור פגום עם שיפור פגום עם שיפור RML עם שיפור סגסוגת ארוך (מטופדנציה טיפול בחולהחלומי טיפול בחולהחלומי טיפול בחולה טיפול בחולהמין (מטופדנציה טיפול בחולהמין

  מעבר לתיקון מבוסס נפוצל, סיבים אלקטרוספניים משמשים במשלוח תרופות עבור בקרת דלקת (למשל, שילוב תרופות נגד דלקת דלקתיות כמו diclofenac) וכמכשול membranes רקמות מודרך או עבור התחדשות משותפת סיכה (אלקטרונית hyaluronic acids).

  אתגרים וכיוונים עתידיים

  למרות ההתקדמות העצומה, כמה אתגרים נותרו לפני שפיפונים אלקטרוספג הופכים לאופציה קלינית סטנדרטית.

  חדירה

  גודלו המוגבל של מזרנים אלקטרוספונים - לעתים קרובות מתחת 20 מיקרומטר - מגביל את הגירת התא לתוך הפנים של scaffold, המוביל לשורה של תאים על פני השטח ואת הליבה הערפילית. בעוד טכניקות כמו מלח, לטבול, Cryogenic, היברידית 3D / אלקטרונירוזפין השתפרו חדירה, השגת הפצה אחידה לאורך כל פיגמנטים עבים (מ"מ) עשוי להתמקד על מערכות ביופרוקסימיות ישירות.

  ואסקוליזציה ו Anisotropy

  קרטלגיל הוא avascular, so scaffolds לא דורש כלי דם ingrowth. עם זאת, עבור פגמים osteochondral (כולל גם cartilage ועצמות), החלק העצם subchondral חייב לעבור vascularization. אלקטרוספסים אלקטרו-אפוניים עבור bilayer או ⁇ s צריך להיות מתוכנן עם גודלים וגורמים צמיחה (למשל, VEGpide עבור קבוצות ריכוזיות) ו-the) יש צורך לחקות את הנטומנטום 3.

  סקרלינג ו Sterilization

  המעבר ממעבדה בקנה מידה הייצור התעשייתי תוך שמירה על איכות והתאמה היא אתגר הנדסי גדול.אלקטרוספינינג רגיש לתנאי הסביבה (השמנה, טמפרטורה), פולימרווה variability, ומערכות מחטים. מערכות מחטים ורב-ג'ט הן מעודנות, אבל בעיות אחידות ממשיכות.

  יציבות ואינטגרציה

  לאחר השתלה, הספידר חייב להתכווץ לאורך זמן בעוד הרקמה החדשה מחליפה אותו.עם זאת, תוצרי לוואי (למשל, חומצה לקטית מ-PLGA) יכולים להוריד את ה- pH המקומי, שעלולים לגרום לדלקת או ל calcification. Controling השפלה באמצעות עיצוב פולימר ושימוש מלחים בסיסיים כדי לחמצות חימציות הם אסטרטגיות תחת חקירה.

  כיוונים עתידיים

  טכנולוגיות אלקטרו-סמנטליות מתקדמות כגון אלקטרו-שדה אלקטרוספינינג (NFES) מאפשרות כתיבה ישירה של סיבים עם דיוק מיקרומטר, המאפשרות צורות מסונומיות ספציפיות לחולה שתואמים את הגיאומטריה של פגם (המוחזקים מ-MRI או CT סריקות).

  (בקריאה נוספת, מומלץ להתייעץ עם ביקורות אחרונות על אלקטרו-יסוד עבור הנדסת רקמות (FLT:0PubMed LinkFLT:1), אלקטרוסיל אלקטרוסמנטל עבור משלוח גורם צמיחה (FLT:2Biomedical MaterialsFLT 3: 3), ואת התפקיד של סיבים היערכות בצ'נדרוגנס (FLT:4, 4 Bioamaterialia:2BioFLT5:5).