אלקטרוסנובינג התפתחה כטכניקה אבן הפינה בתחום ההנדסה של הרקמות, המאפשרת את ייצור של ננופיברווס פיגומים כי מחקה מקרוב את הארכיטקטורה המורכבת של הממטריקס הטבעי (ECM) אלה scaffolds לשמש כמו תבניות זמניות עבור דבקות תאים, התפשטות, ובדלנות, בסופו של דבר המנחה את העור של רקמות פונקציונליות ואיברים בדיוק לשלוט בסיבים, סרומים, ושרירים, יכול לענות על ידי תאים ספציפיים, כדי לענות על ידי תאים מכניים, כדי לענות על ידי תאים מכניים, כדי להתאים את השרירים, כדי להתאים את השרירים.

יסודות תהליך האלקטרו-סמנטלי

אלקטרוספינינג מסתמכ על היישום של שדה חשמלי גבוה לפתרונות פולימרים או להמיס.ההגדרה הבסיסית מורכבת משאבה סינינגה המספקת את נוזל פולימר באמצעות ספיןנרט, אספקת כוח גבוהה מתח גבוה, ואספן מעומק.כפי שדה חשמלי להתגבר על המתח המוצק של הפלט הפולימריא, סלילת טיילור, והוא טעון הוא עובר מפלט, מפלטים, מזחלים, ומחסומיים, מלוכדים, מלוכדים, או מלוכדים, מלוכדים, מלוכדים, או מלוכדים, או מלוכדים, מלוכדים, מלוכדים את הצנרת מוצקים, או מלוכדים, מלוכדים את הצנרת, או מלוכדים, מלוכדים, מלוכדים, או מלוכדים, או מלוכדים את הצנרת מוצקים, או מלוכדים את הצנרת, או מלוכדים, כדי לתקן את הסריקה, או מלוכדים, כדי לתקן את הצנרת מוצקה, או מלוכדים את הצנרת מוצקה, או מלוכדים, או מלוכדים, או מלוכדים, או מלוכדים, מלוכדים את הצנרת מוצקה, כדי לפתור את הצנרת מוצקה, או מ

פרמטרים לעיבוד מפתח המשפיעים על סיבים מורפולוגיה כוללים מתח יישומי, קצב זרימה, מרחק ספיננרט-to-collector, ריכוז פולימר, תנודתיות ממס, ותנאים נוחים כגון לחות וטמפרטורה. פרמטרים אלה חייבים להיות אופטימיזציה עבור כל מערכת פולימר-לפתור כדי להשיג אחיד, סיבים ללא גבה עם קוטרים הרצויים - החל מעשרות ננומטרים למספר מיקרומטרים: גם משחקני מתכת קריטיים.

טכניקות אלקטרוסינינג חיוניות ל-Ortology Scaffolding

מעבר להגדרה הסטנדרטית, פותחו כמה שיטות אלקטרו-סמנטליות מיוחדות כדי לשפר את הפונקציונליות הנפוצה ולעצב את המורכבות של רקמות ילידיות.

פתרון אלקטרו-סמנינג

פתרון אלקטרוספני הוא השיטה הנפוצה ביותר בשימוש.זה כרוך לנטרל פולימר בפתקת וולט, אשר מתאדה במהלך היווצרות סיבים. גישה זו מציעה גמישות רבה בהתאמת תכונות סיבים - מד, מדפס, פני השטח, ו porosity - על ידי התאמת ריכוז פולימר, מערכת פותרת, ותנאי עיבוד.זה מתאים במיוחד עבור פולימרים טבעיים כגון התנגשות, ג'ל, בלח, ופולי-ד (Lact) כמו פולימרים (Lact) כמו פולימרים (Lact) כמו פולימרים (Lact) כמו פולימרים (Lact) כמו פולימרים) כמו פולימרים (Lact) ופולימרים (Lact) כמו פולימרים) כמו פולימרים (Lact) כמו פולימרים) כמו פולימרים פולימרים סינתטי) כמו פולימרים (Lact) ופולימרים (Lact) כמו פולימרים) ופולימרים (Lact) ופולימרים (Lact) כמו פולימרים (Lact) כמו פולימרים סינתטי) כמו פולימרים (Lact) כמו פולימרים פולימרים פולימרים (Lact) כמו פולימרים (Lact) כמו פולימרים (Lact) כמו פולימרים) כמו פולימרים) כמו פולימרים) ופולימרים) כמו פולימרים (

מל אלקטרוספן

מלא אלקטרו-סמונים מבטלים את הצורך בפתיקים, מה שהופך אותו אופציה אטרקטיבית עבור פולימרים בעלי ערך ביולוגי ו- FDA, כגון פולי(e-caprolactone) ופולי (חומצה גלקטית) הפולימרים מחוממים מעל נקודת ההמיסה שלה, ואת סילון מלוטנט מתוח ומחוזק על ידי השדה החשמלי.

קואקסיאלי אלקטרוספינינג

אלקטרוסוניסט קואקסיאלי משתמש בספיןנרט דו-צנטרי כדי לייצר סיבים ליבה-השלום.הגרעין יכול להכיל מולקולה ביולוגית, גורם צמיחה, או תרופה, בעוד הפגז מספק יושרה מבנית ושחרור מבוקר.טכניקה זו אינה שלמה ליצירת פיגומים המספקים טיפוליים באופן מקומי, קידום התחדשות רקמות תוך מניעת זיהום או דלקת.

אלקטרוסינינג

ב emulsion אלקטרוספינינג, שמן שמן או שמן שמן טבול משמש פתרון ספינינג.השלב מפוזר מכיל הסוכן הפעיל, אשר הוא מלוטש בתוך סיבים כמו evant evarates. בניגוד coaxial אלקטרוספינינג, emulsion אלקטרוקסנינג אינו דורש ספין-מדומים מיוחדים, מה שהופך אותו פשוט ליישום זה משמש חלבונים הידרופוביים או פולימרים.

אלקטרוספן אלקטרוני

עבור רקמות עם מבנים אנטרופיים גבוהים מאוד - כגון נוטה, ligaments, ועצבים - פיגומים סיבים מזוינים הם חיוניים. Aligned אלקטרוspinning משתמש אספנים כמו תופים רוטט (מהירות גבוהה), אלקטרודות מקבילים, או חוט רוטט מסתובב מחוסן כדי להפקיד סיבים ב אוריינטציה המועדפת.

Multi-Jet Electrospinning

כדי להתגבר על התפוקה הנמוכה של אלקטרו-ג'ט קונבנציונלי, מערכות מרובות-ג'יט מעסיקות מרובות בו-זמנית.טכניקה זו מגבירה את שיעורי הייצור ויכולה לשמש גם ליצירת פיגומים היברידיים עם אזורים של יצירות סיבים שונים או נטיות.עם זאת, שמירה על התנהגות מטוס אחידה ולמנוע התערבות אחראית בין מטוסי סילון דורש תכנון קפדני, לעתים קרובות מעורבים אלקטרודות או סיוע אווירי.

חומרים המשמשים אלקטרוספנינג עבור קובצי אורגניזמים

בחירת החומרים היא רבת חשיבות מכיוון שהספירה חייבת להיות לא עקבית, ביומדפיל, ובעלת תכונות מכניות מתאימות.גם פולימרים טבעיים וסינטטיים משמשים לבד או בתערובת.

פולימרים טבעיים

  • (ב) ⁇ :0) קולולאג'ר (CollegenofLT:1) - חלבון ECM ראשוני, קשקשים קולגן מקדם את החתך התאי והם משמשים בדרך כלל לעור, עצם, ו- vulcular grafts.
  • (FLT:0)GelatinigtivFLT:1 ; דרבירד מ קולגן, ג'לטין הוא מים soluble, ביו-אי-תואמים, ותומכת בצמיחת התא, אם כי לעתים קרובות הוא דורש חיבור כדי לשפר את היציבות.
  • (ב) [15] ,0) ,(ה-FLT): עם כוח מכני מעולה והשפלה איטית, שרירנים משי מתאימים לרקמות נושאות עומס כמו עצם ורצועות.
  • (FLT:0) צ'יטוורנספל 1 (ChitosanFLT:1) - פולישבי עם תכונות אנטימיקרוביאליות, פיגומים צ'יטוסאן משמשים להתחדשות הפצעים והטרחוס.

פולימרים סינתטיים

  • (FLT:0)Polycaprolactone (PCL)cioFLT:1) - פוליסטר איטי מחית עם תכונות מכניות טובות, PCL הוא מועדף עבור פיגומים לטווח ארוך כגון עצמות ו vascular grafts.
  • (FLT:0) פולי (lactic-acid) ו-PLGAigFLT:1 - אלה פולימרים נזפים לתוך מוצרים לא רעילים והם בשימוש נרחב במשלוח תרופות והנדסת רקמות.
  • (FLT:0) פוביאורטן (PU)FirLT:1 ; קשקשים Elastomeric PU הם אידיאלי עבור רקמות רכות וגמישות כמו כלי דם ושלפוחית השתן.
  • (FLT:0) ⁇ פוליאתילן (PEO)veFLT) 1 - לעתים קרובות מעורבב לשיפור האלקטרו-ספין, PEO הוא soluble מים ומשמש עבור פיגומים זמניים.

אתר אינטרנט ו- Hybrid Scaffolds

בללינג פולימרים טבעיים וסינטטיים משלב את היתרונות שלהם: פולימרים טבעיים מספקים ביואקטיביות ואת אתרי זיהוי תאים, בעוד פולימרים סינתטיים מציעים כוח מכני והשפלה מבוקרת.בנוסף, שילוב חלקיקים אורגניים - כגון הידרוקסיפטייט עבור עצמות או חלקיקים כסף עבור פעילות מיקרוביאלית - בנוסף משפר פונקציונליות מסוימת.

עיצוב ואפיון

יצירת הפיגום איברים פונקציונלי דורש עיצוב זהיר של תכונות המיקרו- וננומטריות שלה. פרמטרים מרכזיים כוללים קוטר סיבים, גודל פואר, פורוזיות, קשיחות מכנית וכימיה פני השטח.

המונחים: Porosity

קוטר סיבי משפיע על התנהגות התא: סיבים דקים (submicron) לקדם את ההחזקה התאית בשל יחס גבוה לנפח, בעוד סיבים עבה יותר לספק תמיכה מכנית טובה יותר. Porosity וגודל pore הם קריטי עבור חדירה תאים, תחבורה תזונתית, הסרת פסולת. אידיאלי, pores צריך להיות בין 10-100 מיקרומטר עבור רוב הרקמות, אם כי זה משתנה שיטות כמו מלח, קוגניציה או coreelectreic עם סיבים.

תכונות מכניות

Scaffolds חייב להתאים את התכונות המכאניות של איבר היעד לעמוד בעומסים פיזיולוגיים.לדוגמה, פיגומים העצם דורשים מודוליו רחסטיביים גבוהים, בעוד grafts צורך גמישות והתפרצות עמידות ללחץ. - בדיקות מכניות, אינטנסיביות, דחיסה ואנליזה מכנית - משמש כדי לאמת כוח רב ערך, שיטות, והתנהגויות מולקולקטיות (כימיקליות) יכול לשפר את יציבות פיזית.

שינוי משטח

פני השטח הנפוצלים ממלא תפקיד ישיר באינטראקציות בין תאים למטריקס.טכניקות כגון טיפול פלזמה, ציפוי עם חלבונים ECM, או שיבוש קבוצות פונקציונליות (למשל, RGD peptides) משפרות את החידה התאית ואת התפוצה. עבור יישומים פולשניים, סידול של lumen scaffold הוא קריטי למניעת thrombosis.

יישומים בהתחדשות איברים

הפיגפיים אלקטרוניות הוכיחו פוטנציאל משמעותי בטווח רחב של מערכות איברים.למטה הם יישומים מייצגים.

חידוש העור

תלבושות אלקטרוספנס לריפוי הפצע מחקים את ECM של dermis. הם מספקים מחסום נגד זיהום, לשמור על סביבה לחות, ולקדם הגירה תאים. התנגשויות של קולגן, שיטוסן, ו- PCL הם נפוצים. הפיגום כזה יכול להיות טעון עם סוכנים אנטי-מיקרוביאליים או גורמי צמיחה כדי להאיץ.

« « « « « «

⁇ vascular grafts (<6 מ"מ) נשאר אתגר קליני בשל thrombosis ו hyperplasia intimal hyperplasia. Electrospun scaffolds של PCL, פוליאורגני, או סיביר יכול להיות מוקרן עם סיבים מתאימים כדי לחקות את המבנה aisotropic של עורקים מקומיים.

Cardiac Tissue Engineering

לאחר התקוממות myocardial, הלב יש יכולת רגנרטיבית מוגבלת. Electrospun scaffolds מושרש עם תאי לב progenitor או תאי גזע יכול לספק תמיכה מבנית ולקדם ניאוvascularization. אלרינג סיבים מודרכים להנחות את הכיוון של קרדיומציטים, שהוא חיוני עבור הפונקציה החוזה. משלב מוליכות חשמלית (למשל, פחמן עם ננובות או גרפן) נחקר כדי לשפר את האותות.

חידוש עצבים

פציעות עצביות היקפיות דורשות לעתים קרובות conduit לגשר על הפער.Aligned אלקטרוספגמנטים ישירות צמיחה אקסוניאלית ולספק הדרכה פיזית. Conduits עשוי PCL או Chitosan, לפעמים עם גורם גדילה עצבי (NGF) שוחרר סיבי ליבה-שייט, הראו התאוששות פונקציונלית במודלים של בעלי חיים.

הנדסת עצמות

(הטפוסים של אלקטרוספנס עבור התחדשות העצם משלבים פולימרים לאתואמים עם מינרלים אוסטיאוסטיים כגון הידרוקסיפטיט (HA) או tricalcium phopt. The nanofibrous רשת דומה מאוד להתנגשות -HA המורכבת של עצם טבעית. Co-electrospinning of PCL עם חלקיקים מייצרת פיגומים משופרים עם כוח מכני ו-אוסטאוגניציה של תאים חדשים של העצם הוכיחו: 1.

איברים אחרים

אלקטרוסמנטנינג כבר מיושם גם על הכבד (FLT:0 scaffolds עבור תרבות hepatocytesartFLT:1), שלפוחית השתן, טרצ'ה, הקרנית. בכל מקרה, היכולת להתאים סיבי אדריכלות ולשלב רמזים ביואקטיביים עושה אלקטרואקטיביים לפלסום פלטפורמה מגוונת.

אתגרים והגבלות נוכחיות

למרות הבטחתו, כמה מהמכשולים נותרו לפני שפיפונים אלקטרוספשנים ניתן לאמץ באופן נרחב בפרקטיקה קלינית.

  • (FLT:0) ,איכותיות: 1FLT) רוב האלקטרו-סמונים מייצרים הזדווגות קטנות בשיעורים נמוכים. Multi-jet ומערכות ללא צורך לשפר את התפוקה אך דורשות שליטה מדויקת לשמירה על איכות הסיבים.
  • (FLT:0Cell Infiltration:FLT:1 ⁇ סיבי אריזה מגבילים חדירה תא.זה בעייתי במיוחד עבור הפיגמומים עבים.אסטרטגיות כגון מלח, אלקטרוסנסוגניים, או תרבות דינמי יכול להגדיל את הנפיחות, אבל השגת חדירה אחידה נשאר מאתגר.
  • (FLT:0)3D אדריכלות: FLT:1 סטנדרטי אלקטרוספינינג מייצר 2D סדינים או שכבות דקות. עבור איברים גדולים, מבנים 3D נדרשים.טכניקות כמו שכבת שכבת-על-ידי שכבתית, אלקטרוסנסנינג רטוב, או שילוב אלקטרוסמנטינג עם הדפסה תלת-ממדית נמצאים תחת חקירה.
  • (FLT:0) שיפור: 1FLT 1 וריאציות קטנות בתנאי עיבוד יכול להוביל לזמינות אצווה-to-batch. מערכות אוטומטיות ו ניטור בזמן אמת נדרשים לתרגום קליני.
  • (FLT:0) ב-Vvo Degradation:FLT:1 , התאמת שיעור ההשפלה של השפע להיווצרות רקמות חדשות הוא קריטי מדי מהר מוביל לאובדן תמיכה מכנית; איטי מדי עלול לעכב את השיפוץ.

כיוונים עתידיים

מחקר מתמשך נועד להתגבר על המגבלות הללו ולהרחיב את היכולות של אלקטרוסמנטינג עבור מאפיג איברים.

3D אלקטרוספן וייצור היברידי

ההתקדמות האחרונה משלבת אלקטרוספן עם ייצור תוספים.לדוגמה, היתוך אלקטרו-writing (MEW) משתמשת שדה גבוה בטיפוח גבוה כדי להפקיד סיבים בקנה מידה מיקרון בשכבה-by-layer, יצירת מבנים אמיתיים 3D. גישות היברידיות מתמזגות סיבי אלקטרופלוניים עם 3D-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-ד-פולימרומטריד כדי לשלב ננו-טופוגרפיה עם פורוזיות בקנה מידה מאקרו-ממדי.

ספוילרים חכמים ותומכים

שילוב חומרים תגובתיים לגירויים - כגון פולימרים בצורת-זיכרון, הידרוג'לז כי נפיחות בתגובה ל- pH או טמפרטורה, ופולימרים מוליכים המאפשרים גירוי חשמלי - פותחים דרכים עבור הפיגפיים דינמיים המדריכים התחדשות רקמות בזמן אמת. "חכמים" אלה "מטופשים" יכול לשחרר גורמים צמיחה על הביקוש או להתאים את התכונות המכאניות שלהם כמו רקמות בוגר.

שילוב של איברים ו- Bioprinting

גבול נוסף הוא שילוב של הפיגפיים אלקטרוספנים עם טכנולוגיה אוניבואידית.על ידי התבוננות באיברדיואידים (איברים מסוימים שגדלו בתאי גזע) על מזחלות אדברטוס מותאם אישית, החוקרים יכולים לשפר את מחלת המודל ואת יעילות התרופה. לחלופין, הדפסה ביולוגית של תאים חיים ישירות על אלקטרוספונסונים יכול ליצור מבנים pre-vasated עבור השתלה.

תרגום קליני ודרכי התפטרות

מספר מוצרי אלקטרו-ספאן, כגון בגדי הפצע (למשל, FLT:0) מוצרים מהונדסים-FDA-clearared מוצרים מ- FDA FLT:1), כבר בשוק.עבור הפיגמומים מורכבים יותר של איברים, סטנדרטיזציה של שיטות אפיון ודבקות בפרקטיקה ייצור טובה (GMP) יהיה חיוני לשיתוף פעולה בין האקדמיה, התעשייה, וסוכנויות רגולטוריות היא דרך ממיטתם.

מסקנה

אלקטרוספינינג הוא שיטה מאוד מתאימה ליצירת פיגומים איברים שמאוד לחקות את הממטריקס התוספתי הילידים. על ידי חייט של עיצוב סיבים, קוטר, היערכות וכימיה פני השטח, החוקרים התקדמו התקדמות יוצאת דופן ביצירת עור, כלי דם, שריר לב, עצבים, עצם, ורקמות אחרות.המשך חדשנות בעיצוב חומרי, טכנולוגיית רב-ג'ט, ייצור, ייצור, וחוכמה תהפוך למגבלות אלקטרו-פרטיביות, ככל הנראה, כמו גם בתחום האלקטרומגנטי.