Hydrożele kolagenowe
hydrożele kolagenowe działają jako biologicznie kompatybilna trójwymiarowa struktura, podobna do natywnej tkanki, co ułatwia rozwój tkanki inżynierskiej. Kolagen, główny składnik tych żeli, jest białkiem macierzy pozakomórkowej występującym w tkance łącznej. I jest używany do wytwarzania hydrożeli, które są sieciami polimerowymi 3D składającymi się głównie z wody. Ten film przedstawi fizjologiczną rolę kolagenu, procedurę izolacji i przetwarzania kolagenu ze skóry świń, wytwarzanie hydrożeli z oczyszczonego białka, a wreszcie niektóre zastosowania do stosowania tych hydrożeli kolagenowych.
w macierzy zewnątrzkomórkowej tkanek łącznych znajdują się specyficzne komórki odpowiedzialne za większość produkcji kolagenu zwane fibroblastami. Komórki te wytwarzają długie, sztywne łańcuchy polipeptydowe. Które są łączone w pojedyncze polimery potrójnie spiralne, zwane cząsteczkami kolagenu. Cząsteczki kolagenu są następnie dalej wiązane w grubsze i większe włókna. Które następnie są jeszcze bardziej wiązane w większe włókna, aby zapewnić integralność strukturalną macierzy zewnątrzkomórkowej dla różnych obciążeń mechanicznych, których może doświadczyć. Różne konfiguracje kolagenu są wytwarzane zgodnie z mechanicznymi potrzebami określonych tkanek. Na przykład tkanka kostna wykorzystuje bardzo zwartą, intensywną sieć włókien, aby wytrzymać obciążenia mechaniczne. Jednak inne tkanki, takie jak ściana jelita, wykorzystują bardziej rozproszoną strukturę. Po wyekstrahowaniu z tkanki łącznej polimer kolagenowy można wykorzystać do tworzenia różnych materiałów. Ponieważ kolagen jest polimerem hydrofilowym, jest bardzo chłonny. W ten sposób może tworzyć hydrożel, który jest siecią polimerową, która mieści do 90% wody. Te sieci polimerowe są tworzone przez usieciowanie poszczególnych łańcuchów polimerowych przy użyciu różnych metod. Takich jak chemiczne sieciowniki, ciepło lub światło UV. Stopień usieciowania wpływa na właściwości mechaniczne hydrożelu. Dzięki temu materiały te mogą być stosowane w szerokim zakresie zastosowań. Teraz, gdy zasady hydrożeli kolagenowych zostały wyjaśnione, przyjrzyjmy się, w jaki sposób kolagen jest ekstrahowany ze skóry świń i wykorzystywany do tworzenia hydrożelu.
aby rozpocząć przetwarzanie kolagenu z próbki skóry, najpierw spłucz go w lodowatej wodzie destylowanej, a następnie użyj kremu do depilacji wełny, futra lub depilacji. Za pomocą jednego ostrza brzytwy zeskrobać próbkę z tkanki łącznej i tłuszczu i ponownie spłukać w lodowatej wodzie. Następnie pokrój próbkę skóry na centymetrowe kwadratowe kawałki. Aby usunąć nie kolagenowy solubilizowany materiał, najpierw zważyć 5 gramów kwadratów skórnych na 50 mililitrów stożkowej rurki, a następnie dodać 30 mililitrów zimnego 0,5 molowego octanu sodu do każdej próbki. Następnie wymieszać rurki w homogenizatorze stołowym. Po upływie jednej minuty wyrzucić supernatant i ponownie wymieszać próbki w bardziej lodowatym octanie sodu przez łącznie siedem cykli przemywania. Po ostatnim umyciu przepłukać próbkę w lodowatej wodzie destylowanej i jeszcze raz wymieszać, aby usunąć resztki octanu sodu. Następnie ściśnij próbkę do rurki, aby usunąć nadmiar cieczy i przenieś każdą przetworzoną 5-gramową próbkę skórną do świeżych 50 mililitrowych stożkowych rurek. Aby wyodrębnić kolagen umyć próbkę dwa razy w 2 mililitrach .075 molowy bufor cytrynianu sodu na gram próbki. Usunąć supernatanty i skompresować próbki po każdym wcześniejszym umyciu. Po drugim płukaniu dodać świeżą porcję buforu cytrynianu sodu, a następnie wykonać sześć kolejnych cykli mieszania bez usuwania buforu między każdym cyklem. Teraz przenieś supernatanty do indywidualnych probówek i dodaj dodatkowy mililitr .075 molowy bufor cytrynianu sodu na gram próbki przed wykonaniem końcowego cyklu mieszania. Następnie ponownie odwirować supernatant w odśrodkowym urządzeniu filtrującym w celu oczyszczenia ekstrahowanego kolagenu. Na koniec przechowuj oczyszczony kolaż w temperaturze 4 stopni Celsjusza.
teraz, gdy kolagen został oczyszczony, hydrożel kolagenowy może być wytworzony i wypełniony komórkami, tworząc inżynierską konstrukcję tkankową. Aby rozpocząć, dokładnie wymieszaj oczyszczony kolagen skórny w stożkowej rurce. Następnie dodaj komórki natychmiast do roztworu kolagenu i umieść go na lodzie. Pipetą lodowatą mieszaninę do sterylnej, nie hodowli tkanek traktowane, powierzchni, aby zminimalizować przywiązanie i wzrost komórek poza żelu kolagenowego. Równomiernie rozprowadzić roztwór za pomocą końcówki pipety. Pozostawić żel do polimeryzacji w temperaturze pokojowej przez około 10 do 15 minut. Następnie przykryj żele i przenieś je do inkubatora o temperaturze 37 stopni Celsjusza na dodatkowe 60 minut, aby zakończyć polimeryzację. Po polimeryzacji żel stanie się nieprzezroczysty. Po polimeryzacji dodaj dwa do trzech mililitrów mediów. Następnie wypełniony hydrożel jest gotowy do użycia w badaniach hodowli tkankowej.
teraz, gdy nauczyłeś się konstruować hydrożele kolagenowe, przyjrzyjmy się praktycznym zastosowaniom tych materiałów. Hydrożele kolagenowe są często używane do naśladowania natywnej tkanki, jak pokazano tutaj. Jednak zmiany w organizacji włókien kolagenowych mogą wystąpić w tkance naturalnej. W rezultacie powstają wyrównane struktury. W rezultacie zaprojektowane matryce kolagenowe mogą być konstruowane w losowych lub wyrównanych konfiguracjach. Hydrożele kolagenowe są często używane jako rusztowania tkankowe do rozwoju sztucznych tkanek. Zapewniając dostosowaną trójwymiarową strukturę dla komórek, matryca kolagenowa jest następnie reorganizowana, aby naśladować strukturę i funkcję prawdziwej tkanki. Na przykład, rusztowania mogą być osadzone z osteoblastami, komórkami odpowiedzialnymi za tworzenie kości, w celu reorganizacji matrycy, aby bardziej przypominać strukturę i funkcję rodzimej tkanki kostnej.
właśnie oglądałeś wprowadzenie Jove ‘ a do hydrożeli kolagenowych. Powinieneś teraz zrozumieć strukturę kolagenu, sposób jego izolacji i wytwarzanie hydrożeli kolagenowych oprócz różnych zastosowań w dziedzinie bioinżynierii. Dzięki za oglądanie!
