عنوان مقاله:
بهبود عملکرد میتوکندری و بازیابی جریان بیوالکتریک ترمیم آسیب عصبی با یک سیستم چند منظوره تولید کننده ATP با پلتفرم مبتنی بر اکسید گرافن کاهش یافته
A multifunctional ATP-generating system by reduced graphene oxide-based scaffold repairs neuronal injury by improving mitochondrial function and restoring bioelectricity conduction
سال انتشار: 2022
رشته: مهندسی پزشکی
گرایش: بیوالکتریک
دانلود رایگان این مقاله:
مشاهده سایر مقالات جدید:
2. Experimental section
2.1. Materials The PCL (30 kDa) was purchased from HENGQIU (Suzhou, China). The MLT was purchased from Sigma-Aldrich (Shanghai, China), and the RGO nanoparticles were purchased from XFNANO (Nanjing, China). DCM was purchased from Aladdin (Shanghai, China), and DMF was purchased from Macklin (Shanghai, China). The RSC 96 were provided by the National Collection of Authenticated Cell Cultures (Shanghai, China). The Fetal Bovine Serum (FBS), penicillin/streptomycin solution, 0.25% Trypsin-EDTA (1x), and Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) with 4.5 g/L D-Glucose were purchased from Gibco (USA). The LIVE/DEAD Cell Imaging Kit was purchased from Thermo Fisher Scientific (USA), the Annexin V-FITC Apoptosis Detection Kit was purchased from Beyotime (China), and the JC-1 Mitochondrial Membrane Potential Assay Kit was purchased from MCE (Shanghai, China). The CCK8 was purchased from Absin (Shanghai, China), and all the antibodies were purchased from Abcam (USA). The 3–0 nylon sutures, 6–0 nylon sutures, and sterile scalpel blades were purchased from Jinhuan Medical (Shanghai, China). 2.2. Fabrication of MLT/RGO/PCL, MLT/PCL, RGO/PCL, and PCL membranes by electrospinning The 15% (W/V) PCL and 1% (W/WPCL) MLT were dissolved in a mixed solution of DCM and DMF (7:3, V/V), and 1% (W/WPCL) RGO nanoparticles were added to disperse to the mixed solution after 10 min ultrasonic. A 10 mL injector with a 20G diameter was used to fabricate the membranes in the electrospinning machine (Dongwen High Voltage Power Supply Plant, Tianjin, China) at 1 mL h1 . The eligible membranes were fabricated under 12 kV high voltage and 4 kV low voltage. The membranes were placed dry and avoided light. The 12 150 mm electrospun membranes were rolled into NGCs with 2.6 mm inside diameter. Characterization, Hydrophilicity, Electrical Conductivity, and Mechanical Properties of Electrospun Membranes: SEM (Sirion 200, USA) was used to observe the characteristics of electrospun membranes and NGCs. The membranes with metal spraying were measured under the voltage of 15 kV. The surface and cross-section of NGCs were also measured through SEM. The hydrophilicity of electrospun membranes was measured by Contact Angle Meter (DSA100, German) through the angle formed between the water droplets and membranes. The electrical conductivity of MLT/RGO/PCL scaffolds was evaluated by a threeelectrode system (CHI660D, China) at room temperature. The mechanical properties of NGCs were measured by the universal material testing machine (Zwick/Roell Z020, German).
4. Discussion
In this study, we designed an MLT/RGO/PCL composite scaffold with beaded structures for cell attachment and proliferation through electrospinning. Electrospinning is a traditional method to fabricate tissue engineering transplants and has a large number of advantages, for instance the stable topology, sizeable gap, and great mechanical properties of electrospun scaffolds for exchange of nutrient substance and cell growth in vivo. We then successfully fabricated the MLT/RGO/PCL composite scaffolds with superior mechanical properties and biocompatibility. Natural polymers such as cellulose and collagen may easily cause conduit collapse and nerve contracture. In contrast, the scaffolds fabricated by PCL exhibit high mechanical properties to maintain cube structure for long-time nerve regeneration in vivo.Therefore, PCL is commonly utilized as the supporting scaffold material of tissue engineering implants. Graphene is a type of classical two-dimensional nanomaterial with good biocompatibility and electrical conductivity [39]. The excellent biocompatibility of RGO nanomaterials and its better electrical conductivity than graphene and graphene oxide were verified by a variety of studies. 1% (W/WPCL) RGO and 1% (W/WPCL) MLT has respectively reported that have less cytotoxicity and could promote cell adhesion and proliferation on PCL scaffolds. Compared with PCL scaffolds, higher cell viability and mitochondrial potential of RSC 96 on RGO/PCL scaffolds suggested that the scaffolds could induce higher cell proliferation and attachment with the addition of RGO for peripheral nerve regeneration. A similar conclusion was reported that the RGO-coated PCL/Gelatin scaffolds enhanced the cell attachment and proliferation of embryonic neural progenitor cells seeded on them by Gir~ao et al.. The values of cell mitochondrial potential testing showed that MLT/RGO/PCL scaffold significantly improved mitochondrial function of RSCs, and the relative level is exceedingly high compared to the literature. In addition, Carvalho et al. reported that the better mechanical properties of the scaffold were due to the addition of a variety of nanoparticles . In this study, Young's modulus and ductility were significantly increased with the addition of RGO nanoparticles. This is very helpful to the long-term support for nerve regrowth by providing structural integrity in vivo.
(دقت کنید که این بخش از متن، با استفاده از گوگل ترنسلیت ترجمه شده و توسط مترجمین سایت ای ترجمه، ترجمه نشده است و صرفا جهت آشنایی شما با متن میباشد.)
2. بخش تجربی
2.1. مواد PCL (30 کیلو دالتون) از HENGQIU (سوژو، چین) خریداری شد. MLT از Sigma-Aldrich (شانگهای، چین) و نانوذرات RGO از XFNANO (نانجینگ، چین) خریداری شد. DCM از علاءالدین (شانگهای، چین) و DMF از مکلین (شانگهای، چین) خریداری شد. RSC 96 توسط مجموعه ملی فرهنگ های سلولی تأیید شده (شانگهای، چین) ارائه شده است. سرم جنین گاو (FBS)، محلول پنی سیلین/استرپتومایسین، 25/0 درصد تریپسین-EDTA (1x) و محیط کشت دولبکو اصلاح شده عقاب (DMEM) با 5/4 گرم در لیتر D-گلوکز از Gibco (ایالات متحده آمریکا) خریداری شد. کیت تصویربرداری سلول زنده/مرده از Thermo Fisher Scientific (ایالات متحده آمریکا)، کیت تشخیص آپوپتوز Annexin V-FITC از Beyotime (چین) و کیت سنجش پتانسیل غشای میتوکندری JC-1 از MCE (شانگهای، چین). CCK8 از Absin (شانگهای، چین) و تمام آنتی بادی ها از Abcam (ایالات متحده آمریکا) خریداری شد. نخ های نایلونی 3-0، نخ های نایلونی 6-0 و تیغه های چاقوی جراحی استریل از Jinhuan Medical (شانگهای، چین) خریداری شدند. 2.2. ساخت غشاهای MLT/RGO/PCL، MLT/PCL، RGO/PCL، و PCL با الکتروریسی 15% (W/V) PCL و 1% (W/WPCL) MLT در محلول مخلوط DCM و DMF حل شدند. 7:3، V/V)، و 1٪ (W/WPCL) نانوذرات RGO برای پراکندگی به محلول مخلوط پس از 10 دقیقه اولتراسونیک اضافه شدند. یک انژکتور 10 میلی لیتری با قطر 20 گرم برای ساخت غشاها در دستگاه الکتروریسی (کارخانه تامین برق ولتاژ بالا دانگ ون، تیانجین، چین) در 1 میلی لیتر در ساعت استفاده شد. غشاهای واجد شرایط تحت ولتاژ بالا 12 کیلو ولت و ولتاژ پایین 4 کیلو ولت ساخته شدند. غشاها خشک قرار داده شدند و از نور اجتناب کردند. 12 غشا الکتروریسی شده 150 میلی‌متری به NGCهایی با قطر داخلی 2.6 میلی‌متر نورد شدند. خصوصیات، آب دوستی، رسانایی الکتریکی، و خواص مکانیکی غشاهای الکتروریسی شده: SEM (Sirion 200، ایالات متحده آمریکا) برای مشاهده ویژگی‌های غشاهای الکتروریسی شده و NGCها استفاده شد. غشاها با پاشش فلز تحت ولتاژ 15 کیلو ولت اندازه گیری شدند. سطح و سطح مقطع NGCها نیز از طریق SEM اندازه گیری شد. آب دوستی غشاهای الکتروریسی شده با زاویه سنج تماسی (DSA100، آلمانی) از طریق زاویه تشکیل شده بین قطرات آب و غشا اندازه گیری شد. هدایت الکتریکی داربست های MLT/RGO/PCL توسط یک سیستم سه الکترودی (CHI660D، چین) در دمای اتاق ارزیابی شد. خواص مکانیکی NGC ها توسط دستگاه تست مواد جهانی (Zwick/Roell Z020، آلمانی) اندازه گیری شد.
4. بحث
در این مطالعه، ما یک داربست کامپوزیت MLT/RGO/PCL با ساختارهای مهره‌ای برای اتصال سلولی و تکثیر از طریق الکتروریسی طراحی کردیم. الکتروریسی یک روش سنتی برای ساخت پیوندهای مهندسی بافت است و دارای مزایای زیادی است، به عنوان مثال توپولوژی پایدار، شکاف قابل توجه، و خواص مکانیکی عالی داربست های الکتروریسی شده برای تبادل مواد مغذی و رشد سلولی در داخل بدن. سپس داربست های کامپوزیت MLT/RGO/PCL با خواص مکانیکی و زیست سازگاری برتر را با موفقیت ساختیم. پلیمرهای طبیعی مانند سلولز و کلاژن ممکن است به راحتی باعث فروپاشی مجرا و انقباض عصب شوند. در مقابل، داربست های ساخته شده توسط PCL دارای خواص مکانیکی بالایی برای حفظ ساختار مکعبی برای بازسازی طولانی مدت عصب در داخل بدن هستند. گرافن نوعی از نانومواد دو بعدی کلاسیک با زیست سازگاری و هدایت الکتریکی خوب است [39]. زیست سازگاری عالی نانومواد RGO و هدایت الکتریکی بهتر آن نسبت به گرافن و اکسید گرافن توسط مطالعات مختلف تأیید شد. 1% (W/WPCL) RGO و 1% (W/WPCL) MLT گزارش داده اند که سمیت سلولی کمتری دارند و می توانند چسبندگی و تکثیر سلولی را در داربست های PCL افزایش دهند. در مقایسه با داربست‌های PCL، زنده‌مانی سلولی و پتانسیل میتوکندریایی RSC 96 روی داربست‌های RGO/PCL نشان می‌دهد که داربست‌ها می‌توانند با افزودن RGO برای بازسازی اعصاب محیطی، تکثیر سلولی و اتصال بالاتری را القا کنند. نتیجه‌گیری مشابهی گزارش شد که داربست‌های PCL/ژلاتین پوشش‌داده‌شده با RGO، اتصال سلولی و تکثیر سلول‌های پیش‌ساز عصبی جنینی را که توسط Gir~ao و همکاران بر روی آنها کاشته شده‌اند، افزایش می‌دهند. مقادیر آزمایش پتانسیل میتوکندری سلولی نشان داد که MLT/RGO/PCL داربست به طور قابل توجهی عملکرد میتوکندریایی RSCها را بهبود بخشید و سطح نسبی آن در مقایسه با ادبیات بسیار بالاست. علاوه بر این، کاروالیو و همکاران. گزارش دادند که خواص مکانیکی بهتر داربست به دلیل افزودن انواع نانوذرات است. در این مطالعه مدول یانگ و شکل‌پذیری با افزودن نانوذرات RGO به‌طور معنی‌داری افزایش یافت. این برای حمایت طولانی مدت از رشد مجدد عصبی با ایجاد یکپارچگی ساختاری در داخل بدن بسیار مفید است.
