Elektrospinning

Elektrospinning, özellikle de nanofibrous bir anabilimcinin (ECM) yüksek gerilimli elektrik alanına (tipik olarak 10-30 kV) bağlı olarak, elektrik şarj cihazının yüzeyinden gelen bir elektrik akımına kadar uzanan bir motora sahiptir.

Tuz leaching, gaz köpüklü veya çözücüsü gibi geleneksel scaffold üretim tekniklerinin aksine, on ila yüzlerce mikrometreye kadar gözenekler üretiyor ama sürekli fiber topografiden yoksundur, elektrospinning, proteoglycan kontrasepülleri ile birlikte bir araya getiriyor.

Yapısal mimikry ötesinde, elektrospinning, büyüme faktörlerini, cytokineleri veya ilaçları kontrol altına almak için, kolsuz spinnerleri (core-shell fibers), veya post-spinning fonksiyonelleştirme yoluyla.Bu geri yükleme, elektrospinning'i yaygın olarak kullanılan malzemeleri incelemek için çekici bir platform haline getirir, kontrol edilen tekniklerdeki veya ilaçlar, özellikle de cartilage rejenerasyonu için değerli olan bir özelliktir.

Cartilage-mimicking Scaffolds

Polimer(s) seçimi belki de elektrospinning'deki en kritik kararın kartilasyon mühendisliği için yapılması gerekir. Malzemeler, genellikle istenen özellikleri birleştirmek için biyo-tagradlanabilir.En yaygın kullanılan malzemelerle ilgili ayrıntılı bir tartışma aşağıdadır.

Sentetik Polimerler

  • [FONT=0)Polycaprolactone (PCL): ), PCL yavaş bir bozulma oranı ile yarı iletken bir polyesterdir (2-4 yıl in vivo), mükemmel mekanik özellikler ve FDA birçok tıbbi cihaz için onay verir. düşük çözünürlükte (~60 °C) ve ortak organik çözücülerde (örneğin, dikomethane, formo) ve elektrospin için kolay hale getirir.
  • [FONT:0)Poly(lactic-[Dönetici:0) [Dönetici:2) (PLGA): [Dönetici: 3 ) PLGA, PC’nin bozulması ve ECM sentezleme oranı ile uygun hale gelen bir kopolimerik asittir. Fibers hidrostatiksel olarak asit üretimine eklenerek, genellikle iyi eğitimli PLGA skaffositleri ile karıştırılabilir.
  • [FONT:0)Poly(lactic asit) (PLA) ve poli(glycolic asit) (PGA):) PLA (özellikle L isomer, PLLA) ve PGA, yumuşak parçalarla karıştırılması veya fiber hizalamaları ile karıştırılması için elektrospuntuarajlar da olabilir.

Doğal polimerler

  • [FONT:0)Gelatin:[Dönetici:[Dönetici:0) Gelatin, bir kol-solvent sistemlerinden elde edilir ve birçok hücreli motifi korur (örneğin, RGD dizileri).Su-solun, biyodegradable, ve nispeten ucuz. Gelatin, elektrospuntoksit olmayan çözeltilerden veya ko-solvent sistemlerinden elde edilebilir, ancak fizyolojik sıcaklıklarda zayıf yönleri genellikle çapraz bağlantılar gerektirir.
  • [FONT:0)Collagen tipi I ve II: Collagen, ECM proteini araçlatmada (tip II) ve doğal biyoaktivite nedeniyle ideal bir saffold malzemedir, pH ve iyonik güç.
  • [FONT:0)Chitosan: [DÜDÜDÜT:1] Chitosan, Chitosan'dan elde edilen bir kedionik polisaccharidedir, ancak yüksek vitilage ECM'de bulunan kompleksler, PCL ile kırılabilir ve antimik olmayan özelliklerdir.
  • 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 usuallyTaşıyıcı polimerler (örneğin, PCL, jelatin) veya kimyasal olarak değiştirilmiş (örneğin, methacrylation) ile bağlantı kurma ve fiber formasyonlar arasındaki farklar, sentetikların biyolojik dengelerini ve ECM depozisyonunu birleştirir.[D:0))

    Elektrospinning Teknikleri

    Temel elektrospinning kurulumu birkaç çeşite rafine edilmiştir, her biri kartilage scaffold mühendisliği için eşsiz avantajlar sunar.

    Çözüm Elektrospinning

    Bu, en yaygın kullanılan yöntemdir. Polimerler değişken bir organik çözücü (veya bir su bazlı sistem) doğal polimerler için bir çözüm oluşturmak için optimal vizoloji, iletkenlik ve yüzey gerilimi.metreler gibi sürekli fiberler üretebilir (0.5-5 mL/h), organik çözücüler (veya yüksek çözünürlükte (10-20 cm) ve eksiyonel yüzeyler için (sıcak, nem) her polimer-solvent sistemi için optimize edilmelidir.

    Melt Electrospinning

    Melt elektrospinning, bir çözüm yerine bir polimer erimesi kullanır, organik çözücüler için gerekli olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve toksisite sorunları önlemek için özellikle PCL ve PLA gibi polimerler için caziptir. Bununla birlikte, elektrospinning tipik olarak daha büyük fiber çaplar (genellikle 1 μm) ve daha sert scaffoldular için daha fazla mekanik olarak kontrol edilen elektrot amplifiğe izin verir.

    Co aksiyel Elektrospinning

    Cokyo elektrospinning bir konsantrik çift katlı bir kurulum kullanır: İç bir kompozit iğne, temel materyali içeren bir temel çözümü taşır (örneğin, büyüme faktörlerini, ilaçları veya mekanik olarak destekleyici polimer) ve dış iğneler bir membran polimer çözümü taşırken, yüksek gerilim aynı anda hem de bir PCLg'nin salıverilmesine yardımcı olur.

    Multijet ve Needleless Electrospinning

    Geleneksel tek katlı elektrospinning, düşük iletken elektrot ( ⁇ 0.1-1 mL/h), büyük ölçekli bir makaslama için kullanımını sınırlandırır ve birden fazla kovalama veya birden fazla spinnerle dönen bir davul kullanarak Multijet sistemleri üretim oranlarını artırabilir.Bu yöntemler tek taraflı bir iplik için daha az üniformalı elektrotlar üretebilir, ticari-belirli bir tel veya silindir için araştırma yapılır.

    Aligned Fiber Kolektörler

    Elektrospun fiberlerinin yönelimi, hücre davranışını önemli ölçüde etkiler. Rastgele fiberler üreteçkin mekanik özellikler ve orta bölgede yayılan hücreli yüzeylere paralel olarak, alt kesimlere ve tam olarak homojenize edilir.

    Cartilage-mimicking Scaffolds

    Bir elektrospun scaffold for cartilage için bir dengeyi tasarlayın, yapısal, mekanik ve biyolojik özellikler.Kapatlı, hücreyi yaymak, yuvarlak morfolojiyi korumak (köpülmelerin tipik olarak) ECM depozisyonu teşvik eder ve ortak hareketten mekanik yüklere karşı direnç sağlar. Anahtar tasarım parametreleri, fiber çapındaki boşluklar, bozulma, düşüş, düşüş ve yüzey kimyası içerir.

    Mekanik Özellikler Mekanik Özellikleri

    Artüler kartilage, yüksek veranda ve küçük fiber çapı nedeniyle daha düşük bir vizotik malzemedir, ancak bunlar da yüksek çözünürlükte veya sert polimerlerle (örneğin nanokristal hücreli veya hidroxyapatite) karıştırılması için sertleştirici bir şekilde monte edilir.For cartilage, ideal bir scaffoldukça, bu yüzden şarj edici olmayan optik sinyalleri azaltmak için yeterince sert olmalıdır.

    Porosity ve Pore Boyut

    Yüksek refleküler (>80%), maküla kalınlığında ovasküler dokular gibi bir avasküler doku için gerekli olan fiberlerin ambalajı nedeniyle genellikle küçük bir gözeneklere sahiptir (örneğin, elektrolitler) ile birlikte ısıtılırken, hipoparçalı lifler oluşturmak için geliştirilmiştir.

    Degradasyon Oranı

    PGA gibi hızlı-düşük polimerler (haftalar) iyileştirici polimerlerin bozulmasına izin verebilir. Enzyme-degrading polimerler (yıllar) çok uzun süre devam edebilir.Enzyme-degrading polimerler de tam entegrasyon.

    Yüzey Fonksiyonelizasyon

    Biyoaktiviteyi geliştirmek için, elektrospun fiberleri ECM proteinleri ile kaplı olabilir (collagen, fibronectin, laminin) veya büyüme faktörlerine bağlı olarak, TGF-LR1 veya kemik morfogenetik protein-2 (BMP-2) yüzeydeki kromozomu artırmak için eklenmiş olabilir.

    Uygulamaları ve Mevcut Araştırma

    Elektrospun nanofiber şüphelileri hayvan modellerinde osteokondral kusurlarının onarımı ve 28 klinik denemeler için incelenmiştir.In vitro çalışmalar, insan chondrositleri elektrospun PC / gelatin scaffolds ve 28 klinik denemeler için kornojen büyüme ile birlikte 28 klinik denemeler yapıldı.Ingörüntüdevatif lifler, TGF benzeri olmayan kromozomlar, elektrospun PC /trin biyo-jektörlüler için kromatinolojülleri ile birlikte 28 gün boyunca korelasyonalize edildi.

    [FONT:0]In vivo[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜSÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜDÜDÜSÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜDÜDÜDÜDÜDÜ

    Sördül bazlı onarımın ötesinde, elektrospun fiberler inflamasyon kontrolü için ilaç tesliminde kullanılır (örneğin, diclofenac gibi anti-inflamatuar ilaçlar dahil) ve bariyer membranları olarak doku yenileme veya eklem yağ asit matları için kullanılır.

    Meydanlar ve Gelecek Yollar

    Büyük ilerlemeye rağmen, elektrospun kartilage scaffolds standart bir klinik seçenek haline gelmeden birkaç zorluk kalır.

    Hücre Infilt

    Elektrospun matlarının sınırlı porselen boyutu - 20 μm'nin altında -toksitler hücre göçü kalın makaslar boyunca (>2 mm) yüzeyde hücrelerin bir ayrımına yol açabilirken, tuz leaching, krigen dövmesi ve hibrit 3D baskı / parçalanma gibi teknikler, kalın kliye kadar homojen dağılımını artırmak için zorlanabilir.

    Vascularizasyon ve Anisotropy

    Kartilage avasküler, bu yüzden scaffolds kan gemisini yarı yarıya indirmeye gerek yok. Ancak, osteotondral kusurları (her iki kartilasyon ve kemik için dahil), subchondral kemik kısmı da damarizasyona maruz kalmalı. Elektrospun scaffolds for bilayer or gradient builds need to be designed with pore levels and growth factors (e.g., VEGF for the Bone side) that support both chondrosis and osteogenesis and osteogenesis. Ek olarak, zonalposition, mimikking zonal seherifikasyonun zonal yapısını farklı bir şekilde kullanarak.

    Scaling ve Sterilizasyon

    Laboratuar büyüklüğünden endüstriyel üretime taşınırken, kalite ve reroditebiliteyi korumak büyük bir mühendislik meydan okumasıdır. Elektrospinning, çevre koşullarına (köpektif, sıcaklık), polimer toplu yetimleri ve çok yönlü CO2 sterilizasyonu, yumuşak bir alternatif olarak ortaya çıkmaktadır.

    Uzun Süreli Stability ve Entegrasyon

    İmplantasyondan sonra, scaffold, zaman içinde zaman içinde bozulmalıdır, ancak yeni doku onu değiştirirken, ev sahibi araçla entegrasyon (örneğin, PLGA'dan gelen kombi asit) yerel pH'yı daha düşük hale getirebilir, potansiyel olarak inflamasyonu veya calcification. Polimer tasarımıyla kontrol etmek ve temel tuzları kullanarak tampon asitlik stratejileri soruşturma altında kullanmak.

    Future Yol Tarifi

    İleri elektrospinning teknolojileri yakın alan elektrospinning (NFES) ile tellerin mikrometre hassaslığı ile doğrudan yazmalarına izin verir, bir kartilasyon defektifinin geometrisi (Görüntülü nano-püreçli) sağlarken, elektrotlar hücreli optik takipler için biyo-parçalı sistemlere eklenebilir.

    Daha fazla okuma için, elektrospinning for cartilage doku mühendisliği ([Dönetici:0) ile ilgili son incelemeler ([Dönetici) ve speratif bağlantı ), büyüme faktörü için kobiyal elektrospinning (Biomedical Malzemeler) ve fiber hizalama rolü ()[Dönetici).