Elektrospinning, doku mühendisliği alanında temel bir teknik olarak ortaya çıktı, fonksiyonel dokuların ve organların yenilenmesine izin verdi.Tam olarak kontrol edilen fiber çap, hizalama ve porosity, araştırmacılar, özel organlarla tanışmak için doğal keşifler mimarisine sahip olabilirler.

Elektrospinning Süreçlerinin Temelleri

Elektrospinning, yüksek gerilimli bir elektrik alanının bir polimer çözümüne veya erimesine dayanıyor. Temel kurulum, polimer sıvısını bir spinneret, yüksek gerilimli güç tedariki ile sağlayan ve bir zeminli koleksiyoncuya taşır. Elektrikli alan, bir Taylor cone formlarının yüzey gerilimine sahip olur ve şarjlı bir jet ejected.

Fiber morfolojiyi etkileyen temel işlem parametreleri, istenen aralıklarla birlikte, akış hızı, spinneret-to-collector mesafe, polimer konsantrasyonu, çözücü ve çevre koşulları da nem ve sıcaklık gibi kritik bir rol oynar: Bu parametreler, dönen bir polimer-solvent sistemi için, komponyalı fiberler ile uyumlu hale getirmek için optimize edilmelidir - birkaç mikrometreden birkaç mikrometreye kadar.

Organ Scaffolding için Anahtar Elektrospinning Teknikleri

Standart kurulumun ötesinde, birkaç özel elektrospinning yöntemi, yerel dokuların karmaşıklığını artırmak için geliştirildi.

Çözüm Elektrospinning

Çözüm elektrospinning en yaygın kullanılan yöntemdir. Polimer konsantrasyonu, çözücü sistemi ve işleme koşullarını ayarlamak, özellikle de fiber formasyon sırasında buharlı polimerler için uygundur. Bu yaklaşım, policaprolactone (PCL) ve poli(lactic-co-glycolic asit) gibi sentetik polimerler için de uygundur.

Melt Electrospinning

Melt elektrospinning, çözücüler için ihtiyacı ortadan kaldırır, elektrik alanı tarafından cazip ve onaylanmış polimerler için cazip bir seçenek yapar ve bu yöntem poli(e-caprolactone) ve poli(lectic asit) için kritik olan (profeksiyon) ve polimerler genellikle daha büyük fiber aralıkları (örneğin, elektrotometre aralığı) ve ısıtılır.

Co aksiyel Elektrospinning

Coyel elektrospinning, lokal olarak tedavi eden ve enfeksiyon veya inflamasyonu önlemek için iki konsantrik spin kullanır. Örneğin, damar endotelyal büyüme faktörü veya ilaç içeren çekirdek, damar tıkanıklığı ile yüklenirken, damar tıkanıklığı sağlarken, bu teknik, tedavi edicileri yerel olarak sunan scaffolds oluşturmak için paha biçilmezdir.

Emulsion Electrospinning

Emülsion elektrospinning, su-in-petrol veya petrol-in-su emulsion, spin çözümü olarak kullanılır. Dağılışlanmış aşama, fiberler içinde en sık kullanılan, sürekli salıverme profilleri sağlar.

Aligned Electrospinning

Son derece anisotropic yapılar ile dokular için - tendonlar, bağlar ve sinirler gibi - koleksiyoncu rotasyonel hız ve elektrot konfigürasyonu ayarlandığında. Aligned elektrospinning, dönen bir davul gibi koleksiyoncular kullanır (yüksek hız), paralel elektrotlar veya dönen bir tel mandrel tofus tercih edilen bir yönelimde.

Multi-Jet Electrospinning

Geleneksel tek-jet elektrospinning'in düşük devirlerini aşmak için, çok-jet sistemleri aynı anda birden fazla spinneri çalıştırıyor.Bu teknik üretim oranlarına sahiptir ve aynı zamanda farklı fiber kompozisyonlar veya yönelimler bölgeleri ile karma scaffoldlar oluşturmak için kullanılabilir. ancak, üniforma jet davranışını korumak ve jetler arasındaki yük müdahalesini önlemek için dikkatli bir tasarım gerektirir.

Organ Scaffoldspinning için kullanılan malzemeler

Malzemelerin seçimi önemlidir, çünkü scaffold biyo-konuşsuz, biyodegrad edilebilir ve uygun mekanik özelliklere sahip olmalıdır. Hem doğal hem de sentetik polimerler yalnız veya karışımlarda kullanılır.

Doğal polimerler

  • [FONT:0)Collagen[[DÜT 1: 1) – birincil ECM proteini, kolajen scaffolds hücre adhesionu teşvik eder ve genellikle deri, kemik ve damar greftleri için kullanılır.
  • [FONT:0)Gelatin[[Dönetici: 1) – Kolesterolden elde edilen, jelatin su çözünemez, biyo uyumlu ve hücre büyümesini destekler, ancak genellikle stabiliteyi geliştirmek için çapraz bağlantı gerektirir.
  • [FONT:0]Silk fibroin[[Dönetici: 1) Mükemmel mekanik güç ve yavaş bozulma ile, ipek fibroin kemik ve bağlar gibi yük devreleri için uygundur.
  • [FONT:0)Chitosan[[DÜT 1: 1) - Antimik olmayan polisaccharide ile antimik özelliklerle bir kedicik, chitosan scaffolds yara iyileşmesi ve kartilage yenilenme için kullanılır.

Sentetik Polimerler

  • [FONT:0)Polycaprolactone (PCL)) - Yavaş yavaş iyi mekanik özelliklerle polyester, PCL, kemik ve damar greftleri gibi uzun vadeli bir scaffolds için favoridir.
  • [FONT:0)Poly(lactic-acid) (PLA) ve PLGA) - Bu resorbable polimerler, ürünler tarafından toksik olmayan ve doku mühendisliğinde yaygın olarak kullanılır.
  • [FONT:0)Polyurethane (PU))[FONTomerik PUaffolds, kan damarları ve mesane gibi yumuşak, esnek dokular için idealdir.
  • [FONT=0)Poly ESP oksit (PEO)) - Genellikle elektrospinnability geliştirmek için karıştırılır, PEO su çözünemez ve geçici şüpheliler için kullanılır.

Kompozit ve Hibrit Scaffolds

Doğal ve sentetik polimerler avantajlarını birleştirir: Doğal polimerler biyoaktivite ve hücre tanıma siteleri sağlarken, sentetik polimerler mekanik güç ve kontrollü bozulma sunar. Ek olarak, fiberler içinde inorganik nanopartiküller - özellikle de florapatite gibi - antimikrobiyal aktivite için -further affoldukça, büyüme faktörlerinin birleşmesi, cytokines veya ekstracellular veziküller, fiberler içindeki dokuya özel olarak yenilebilir.

Scaffold Design and Characterization

Fonksiyonel bir organ iskelesi oluşturmak mikro- ve nano ölçekli özelliklerinin dikkatli bir tasarımını gerektirir. Anahtar parametreler fiber çapında, pore büyüklüğü, porosity, mekanik sertlik ve yüzey kimya içerir.

Fiber Çapı ve Porosity

Fiber çapındaki etkiler hücre davranışını etkiler: ince fiberler (submikron) hücre yükünü yüksek yüzey-to-volume oranı nedeniyle teşvik eder, ancak kalın fiberler daha iyi mekanik destek sağlar. Porosity ve pore büyüklüğü hücre içi fiberler için kritiktir, besleyici taşıma ve atıklar, en uygun 10 ila 100 μm arasında olmalıdır.

Mekanik Özellikler Mekanik Özellikleri

Scaffolds, hedef organın mekanik özelliklerini fizyolojik yüklere karşı eşleştirmeli. Örneğin, kemik scaffolds yüksek sıkıştırıcı modulus gerektirir, vasküler gresyonlar elastikiyete ve patlama basıncı direncine ihtiyaç duyar. Mekanik test -ten, sıkıştırıcı ve dinamik mekanik analiz - scaffolds ve vizastik davranışları doğrulamak için kullanılır.

Yüzey Modificationification

Sörtücü yüzey hücre-matrix etkileşimlerinde doğrudan bir rol oynar. plazma tedavisi, ECM proteinleri ile kaplama veya işlevsel gruplarla (örneğin, RGD peptidleri) hücre adhesion ve proliferasyonunu geliştirir.Süler uygulamalar için, endotelyalizasyon trombozların trombozlarını önlemek için kritiktir.

Organ Rejenerasyonunda Uygulamaları

Elektrospun scaffolds, geniş bir organ sistemleri arasında önemli bir potansiyel göstermiştir. Aşağıda temsilci uygulamaları vardır.

Skin Rejenerasyon

Kolektifin yara iyileşmesi için elektrospun, dermis ECM'nin ECM'sini tekrar tedavi etmek, bir moist ortamı korumak ve hücre göçü teşvik etmek. Kolektif, chitosan ve PCL'nin pnömatik ajanları veya büyüme faktörleri ile ortak olabilir. Klinik çalışmalar tekrar optimize edilmiştir.

Vascular Grafts

Küçük hacimli grets (<6 mm) tromboz ve intimal hiperplasia nedeniyle klinik bir meydan okuma olarak kalır. Elektrospun scaffolds of PCL, poliurethane, veya ipek fibroin hala yerli arterlerin anisotropic yapısını taklit etmek için uygundur.

Cardiya Tound Engineering

Kardiyak kardinal infarksiyondan sonra, kalp, kontraseptif fonksiyon için önemli olan kardiyomiyositlerin veya kök hücreler ile tohumlanmış olan kardiyomiyositlerin yönlendirmesini ve senkronizasyonu teşvik edebilir.

Nerve Rejenerasyon

Peripheral sinir yaralanmaları genellikle boşlukları köprülemek için bir konduit gerektirir. Aligned elektrospun fibers doğrudan axonal büyüme ve PCL veya chitosan'dan yapılan bazı fiziksel rehberlik.Bazen sinir büyüme faktörü (NGF) ile birlikte, hayvan modellerinde fonksiyonel iyileşme göstermiştir. Araştırmacılar şimdi multi-channel scaffolds to mimik sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinir sinirlerinin yapısını taklit etmek için.

Bone Tcon Engineering

Kemik yenilemesi için elektrospun scaffolds, HA nanopartikülleri ile biyo-electrospinning ile birlikte scaffolds veya mesenchymal hücrelerinin optiksel farklılığı ile ortaya çıkıyor.In vivo[Döneticileri:0)In vivo[Döntgen[Düzersiz)

Diğer Organlar

Elektrospinning de karaciğere uygulandı ([Dönetici:0)) Her durumda, fiber mimarisini ve biyoaktif cuesler elektrospinning'i çok yönlü bir platform haline getiriyor.

Meydanlar ve Güncel Sınırlar

Onun sözüne rağmen, elektrospun scaffolds öncesinde birkaç engel yaygın olarak klinik uygulamada kabul edilebilir.

  • [FONT:0)Scalability:[Dönetici:[Döneticileri) Çoğu elektrospinning kurulumları düşük fiyatlarda küçük matlar üretir. Multi-jet ve iğnesiz sistemler fiber kalitesini korumak için kesin bir kontrol gerektirir.
  • [FONT:0)Cell Infil:[Dönetici:[Dönetici: 0) Dense fiber paketleme limitleri cep penetrasyonu. Bu özellikle tuz leaching, krigen elektrospinning, veya dinamik kültür gibi kalın scaffolds için sorunludur, ancak filtrasyonda üniformaya ulaşmak zor kalır.
  • [FONT=0)3D Mimarlık: [DDDDDROSpinning 2D çarşaflar veya ince tabakalar üretiyor.Sürekli yapılar, kat-kat-katılım gibi tekniklere ihtiyaç duyuyor veya 3D baskı ile elektrospinning'i birleştirin.
  • [FONT:0)Reproducability:[Dönetici:[Dönetici:0)Reproducability:[Dönetici:[Dönetici: 0) Küçük işlem koşullarındaki değişiklikler toplu ücretliliğe yol açabilir. Otomatik sistemler ve gerçek zamanlı izleme klinik çeviri için gereklidir.
  • [FONT:0)In Vivo Degradasyon:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)In Vivo Degradasyon:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: 0) Yeni doku oluşumuna ait sefillerin bozulma oranını dengelemek kritiktir. Çok hızlı mekanik desteği kaybına yol açar; çok yavaş yeniden modellenebilir.

Future Yol Tarifi

Devam eden araştırmalar bu sınırlamaları aşmak ve organ iskelesi için elektrospinning yeteneklerini genişletmek amaçlamaktadır.

3D Electrospinning ve Hybrid Manufacturing

Son gelişmeler, elektrospinning'i katkılı üretim ile birleştirir. Örneğin, 3D-printed polimer lattices ile nano-ölçekli bir PP-ölyeücük bir model katmanında mikron ölçekli fiberleri bir araya getirmek için yüksek çözünürlüklü bir alan kullanır.

Akıllı ve Sorumluluk verici Scaffolds

Elektromanyetik malzemelere yanıt veren fikreler – örneğin, form-memory polimerler, pH veya sıcaklıklara yanıt veren hidrojekteler ve elektrik uyarısını sağlayan iletken polimerler – gerçek zamanlı olarak doku yenilemesi için bir araya gelir.

Organoidlerin ve Bioprinting

Bir başka sınır, elektrospun scaffolds'ın organoid teknolojisi ile entegrasyonudur. Organoidler (kök hücrelerden yetiştirilen) optimize edilmiş fibrous matriks, araştırmacılar alternatif olarak, canlı hücrelerin biyografileri doğrudan elektrospun ağlarına göre nakilleri nakil için ön-vasküler yapılar yaratabilir.

Klinik Tercüme ve Düzenleme

Yara panjurları gibi çeşitli elektrospun ürünleri (örneğin, www.g., 03.03.2012) zaten piyasada bulunan ve daha karmaşık organ makasları için, iyi üretim uygulamaları için standartlaştırma yöntemleri ve bağlılık için gerekli olacaktır. akademi, endüstri ve düzenleyici kurumlar arasında işbirliği, tezgahtan yatak odasına doğru hızla ilerliyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Elektrospinning, vücut yenidenjenere, kan damarları, kardiyak iskeletler oluşturmak için son derece uygun bir yöntem olarak duruyor. malzeme tasarımında, multi-jet teknolojisi, 3D üretim ve akıllı duyarlılık rutin olarak, klinik kullanımlara doğru sınırları zorlamak için. Alan olgunlaşmış cilt, kan gemileri, kardiyak kas, sinirler ve diğer dokular.