This work was supported by the National Research Foundation (NRF-NRFF2011-01) and the National Medical Research Council (NMRC/CBRG/0005/2012).

L.からスポロポレニン外膜カプセルの1の抽出（SECS） clavatum胞子注：SEC抽出プロセスはの可燃性粉末（L.のclavatum）、ホット腐食性の酸、及び可燃性の溶剤、したがって、適切な個人用保護具（ゴーグル、フェイスマスク、手袋、白衣）、使用上の承認されたリスクアセスメント、および廃棄を伴います許可された実験室の担当者による化学物質が不可欠です。 <ol><li> 胞子脱脂 <ol><li>ガラス冷却器、水循環システム、及び水浴（ 図1）を用いて換気フード中で還流セットアップを準備します。 </li><li> 100グラムL.を計量clavatum胞子ほこりを作成せずに離れいかなる発火源から。 注：ここで使用される胞子は、商業的に入手した（材料リストを参照してください）。 </li><li>ゆっくりと1Lのポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、磁気攪拌棒を備えた丸底フラスコに移し胞子。 </li><li>胞子に500ミリリットルのアセトンを追加します。PTFEフラスコと均質な懸濁液を形成するために軽くフラスコを振ります。 </li><li> 50℃に設定した水浴中にPTFEフラスコを置き、還流冷却器に接続します。 </li><li> 200rpmで攪拌しながら6時間アセトン中で還流を行い、その後、室温で冷却させます。 </li><li>真空下、濾紙を用いて懸濁液を濾過し、大きな（直径15cm）をガラスペトリ皿に脱脂胞子を集めます。 </li><li>溶媒を蒸発させるための穴をアルミホイルで覆うことにより、室温（ヒュームフード）で胞子を乾燥させます。 </li></ol></li><li> 酸分解 <ol><li> 85％を準備し、脱イオンと（v / v）のリン酸（DI）水および1LのPTFEフラスコに脱脂乾燥胞子を転送します。 </li><li>脱脂胞子にリン酸（85％v / vの）の500ミリリットルを追加します。 </li><li> 70℃に設定した水浴中にPTFEフラスコを置き、還流冷却器に接続します。 </li><li> 30時間リン酸中で穏やかな還流（70℃）を行い、その後に許可室温で冷却。 </li><li> 500 mlの温かい脱イオン水を使用して懸濁液を希釈し、濾紙を用いて真空ろ過によりSECSを集めます。 </li><li>洗浄液のシリーズを実行するために3リットルのガラス製ビーカーにSECSを転送します。 </li></ol></li><li> SECの洗濯 <ol><li>ヒュームフードにSECSを含む3 Lのガラスビーカーを置きます。 </li><li> 10分間穏やかに攪拌しながら秒に800ミリリットル熱い（50℃）DI水を追加します。 </li><li>ろ紙と真空濾過セットアップを使用してサスペンションをフィルタリングします。 </li><li>きれいな3LのガラスビーカーにSECSを収集します。 </li><li>繰り返しは、1.3.1を繰り返します。 1.3.4。五回。 </li><li> 10分間穏やかに攪拌しながら秒に600ミリリットル熱い（45℃）のアセトンを追加します。 </li><li>真空下で濾過によりSECSを収集し、クリーンな3リットルのガラス製ビーカーにSECSを転送します。 </li><li>繰り返しは、1.3.6を繰り返します。および1.3.7。ホット600ミリリットル（50°C）、2 M塩酸を用いて。 </li><li>繰り返しは、1.3.6を繰り返します。および1.3.7。ホ600ミリリットルを使用して、T（50°C）、2 M水酸化ナトリウム。 </li><li>繰り返しは、1.3.1と1.3.4を8回繰り返します。 </li><li>繰り返しは、1.3.6を繰り返します。および1.3.7。ホット600ミリリットル（45℃）アセトンを使用。 </li><li>繰り返しは、1.3.6を繰り返します。および1.3.7。ホット600ミリリットル（45°C）エタノールを使用。 </li><li>繰り返しは、1.3.6を繰り返します。および1.3.7。ホット800ミリリットル（50°C）DI水を使用。 </li><li>すべての水分を除去するために、室温で24時間ドラフト内で6大きなガラスシャーレとドライにきれいなSECSを転送します。 </li><li> 60℃、10時間、または一定重量になるまで1ミリバールの真空の真空オーブン中で秒を乾燥させます。 </li><li>乾燥したSECSを収集し、ポリプロピレンボトルに移します。 </li><li>乾燥キャビネットにSECSを保管してください。 </li></ol></li></ol> SECSの2キャラクタリゼーション<ol><li>さまざまな段階で生産さ胞子とSECSを使用して、走査型電子顕微鏡分析41を行います。 </li><li>さまざまな段階で生産さ胞子とSECSを使用して元素分析41を行います。 D元素分析の前に、少なくとも1時間60℃ですべてのサンプルRYと6.25の増倍率で％の窒素を使用して、タンパク質含有量を計算する。11、各試料について三重の測定値を使用して結果を取得します。 </li><li>動画粒子分析器を使用してmicromeritic特性分析を行う。41 </li><li>共焦点レーザー走査顕微鏡を用いて、未処理のスキャン処理、及びFITC-BSA-ロードさ秒41 </li></ol>真空装填法による3.生体高分子カプセル化<ol><li> DI水、50 mlのポリプロピレンチューブへの転送を使用して125 mg / mlウシ血清アルブミン（BSA）溶液1.2 mlで調製します。 </li><li> SECS 150mgのを秤量し、BSA溶液に移します。 </li><li>均一な溶液を形成するために10分間チューブをボルテックス。 </li><li>ろ紙を使用してチューブをカバーしています。 </li><li> 1ミリバールの真空で4時間、凍結乾燥機フラスコや乾燥にチューブを転送します。 </li><li>手順3.1を実行します3.5。三つの独立したバッチのため。 </li><li> BSA-ロードSECSを収集し、乳鉢と乳棒を使用して凝集物を除去します。 </li><li> 50ミリリットルチューブにBSA-ロードされたSECSを移し、残留BSAを除去するために、2ミリリットルのDI水を追加します。 </li><li> 5分間4704×gで遠心分離することによってSECSを収集し、上清を捨てます。 </li><li>一度DI水での洗浄を繰り返します。 </li><li>ろ紙を用いてBSA-ロードSECSを含むチューブをカバーしています。 </li><li>冷凍庫（-20℃）にSECSを移し、1時間凍結します。 </li><li>さらなる特性まで冷凍庫で24時間とストアのSECSを凍結乾燥します。 </li><li>ステップ3.1と同様の手順を使用して、BSAを含まないプラセボSECSを準備します。 3.13に。 </li><li> 3.1の手順と同様の手順を使用してFITC-BSAロードされたSECSを準備します。 3.13に。 </li></ol>カプセル化効率の4決意<ol><li> 2ミリリットルポリプロピレンチューブ中のBSA-ロードされたSECS 5mgを秤量します。 </li><li> 1.4ミリリットルホスファを追加TEは、5分間の生理食塩液pH7.4（PBS）と渦緩衝しました。 </li><li>プローブは、10秒の3サイクルの間、40％の振幅でサスペンションを超音波処理します。 </li><li> 0.45μmのポリエーテルスルホン（PES）フィルターを使用してソリューションをフィルタリングします。 </li><li>ステップ4.1と同様の手順を実行します。 4.4。プラセボSECSを使用。 </li><li>ブランクとしてプラセボを用いて280nmでの吸光度を測定します。 </li><li> BSAの量は、PBS中のBSA標準曲線（200〜1000μgの/ ml）を用いてカプセル化された定量化する。42 </li></ol>

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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Fourier transform infrared spectroscopy. , 182 (2011).</li></ol>

著者らは、開示することは何もありません。

この作品、L.からSEC抽出の体系的な分析ではclavatumの胞子を提示し、この報告書はまた、既存の一般的に使用されるプロトコルの重要な合理化を達成しつつ、より高品質のカプセルを製造することが可能であることを示している。高い処理温度（180°C）を必要とする既存のプロトコルとは対照的に11と長いプロセス時間（7日）、11現在のSEC抽出処理の最適化は、主...

マイクロカプセル化の用途に使用するための植物の胞子や花粉から得られる天然植物ベースのカプセルで大きな関心があります。自然界では1月15日 、胞子および花粉は、過酷な環境条件に対して敏感な遺伝物質のための保護を提供します。植物の胞子および花粉の基本的な構造は、典型的には、外殻層（外膜）、内側シェル層（内膜）、内部細胞質の材料を含みます。外膜は、化学的に頑強なバイオポリマー1,9,10,13,16から構成されてスポロポレニンと呼ばれ、内膜は、セルロース系材料から主に構成されている。16-18空カプセルは、細胞質物質を除去するための様々なプロセス7,9によって単離することができます、タンパク質、及び内膜層。2,12,16これらのスポロポレニン外膜カプセル（秒）は、それらの狭いサイズ分布および均一な形態に合成封止材への魅力的な代替手段を提供する。7,9,13,19,20このようなヒカゲノカズラなど様々な植物種からSECSを得るために、標準化されたプロセスの開発は、マイクロカプセル化薬物送達の分野での応用、食品、および化粧品の広い範囲の可能性を開きます。6,10-13,21 秒を得るために、研究者らは、第一の有機溶媒で胞子および花粉を処理し、細胞質の内容物を除去するために、アルカリ性溶液中で還流した。22-25しかしながら 、残りのカプセル構造体は依然としてセルロース内膜層を含むことが決定されました。これを除去するために、研究者らは、しかし、2リン酸と22〜25は、SEC内膜除去の好ましい方法になって、数日間にわたって、塩酸、熱硫酸、または熱リン酸を用いた長期の酸加水分解処理の使用を検討し、進行中年間の研究は、様々な胞子、花粉が私を処理する過酷に弾力性の異なる程度を持っていることが示されていますthods一般的に使用される。26,27一部の胞子や花粉が完全に分解され、強いアルカリ性溶液中のすべての構造的完全性を失う、または重く強い酸性溶液中に損傷している。となる16処理条件にSEC応答の変動は、化学における微妙な変化に起因しています構造と種間スポロポレニン外膜材料の外膜形態。28によりスポロポレニン外膜カプセル（秒）の堅牢性の変動には、胞子や花粉のそれぞれの種の処理条件を最適化する必要があります。 L.の種からの植物の胞子clavatumは SECSの最も広く研究されている単一のソースとなっています。 。その広く普及、低コスト、単分散性、および化学的堅牢性に主であることが提案されている9,29胞子が簡単に1のグループ分けの形でsporoplasmic内容を採取し、含まれていることができます- 2μmの細胞小器官およびbiomolecules。11 L. clavatum胞子は、治療用途の広い範囲のための自然な粉末潤滑剤、化粧品の30,31のベース、30通りと漢方薬32-36で使用されてきました。 L.から得られたSECS clavatumの胞子および花粉の他の種からの秒以下の処理に対してより弾力的であることが示されている。2処理後、得られたSECSは、カプセル化のために、大きな内部空洞を提供しながら、それらの複雑なmicroridge構造と高い形態学的均一性を維持することが示されている。7研究はことを示しているL. clavatum SECSドラッグは、10,13ワクチン、11タンパク質、7,14細胞、8油、5-7,9および栄養補助食品のカプセル化に使用することができます。5,15観測SECローディング効率は、従来に比べて比較的高いですカプセル化材料。7はまた、報告された多くの利点がありますSECのカプセル化など、6,10の味をマスクすると、酸化に対する自然ある程度の保護を提供する。既存の研究では12の能力、L.のための最も一般的に使用されるSECの抽出方法として、 clavatumは、4つの主要なステップに基づいています。ステップ1は、胞子を脱脂するために50℃で最大12時間、アセトン中での溶媒の還流である。11ステップ2は、細胞質およびタンパク質性物質を除去するために、120℃で最大12時間、6％の水酸化カリウムでアルカリ性の還流である。11ステップ3つのセルロース内膜物質を除去するために180℃で最大7日間、85％リン酸中の酸還流で11ステップ4つのすべての残りの非外膜材料を除去するために水、溶媒、酸、および塩基を用いて総合的な洗浄工程でありますそして残留農薬。 カプセル化の用途に関連してSEC抽出の主な目標は、無料のあちこちに、細胞質材料の空であるカプセルを製造するためにあります潜在的にアレルゲン性タンパク質M、および形態学的にインタクト。2,37とが、工業生産の観点から、そのようなエネルギー効率、製造時間、安全性、及び得られた廃棄物などの追加の経済的および環境的要因を考慮することも重要です。エネルギー効率に関しては、高温及び長い処理時間の両方が生産コストだけでなく、環境負荷に影響を与えます。生産期間と所要時間は、処理の収益性に影響を与える重要な要因です。特に懸念されるのは高温のリン酸処理は安全性の問題が増加し、一括所要時間の大幅なインフラ整備の増加や遅延につながる腐食性のスケーリングをもたらすことが知られているということです。38-40可能であれば、つながる可能性があり、必要なステップの数を最小限に抑えます大幅に生産廃棄物の削減します。しかしながら、一般的にLの4段階のプロセスを使用しclavatum SEC抽出は、単にEVを持っています研究の数十年からolvedと少しの実際のプロセスの最適化を持っていました。最近、Mundargi らは 、41は、体系的に最も一般的に報告SEC抽出技術のいずれかを評価し、最適化することにより、この分野で進行中の作業に多大な貢献をしました。 この研究の最初のセクションで：胞子脱脂6時間50℃でアセトン処理を利用することが実証されています。胞子原形質および内膜除去手順は、30時間、70℃で85％のリン酸処理を利用して実証されています。水、溶媒、酸、および塩基でよく洗浄して残留sporoplasmic内容物の除去を実証するために使用されます。およびSECの乾燥は、対流乾燥、真空オーブン乾燥を利用することが実証されています。 3番目のセクションでは、SECの真空装填は、BSA-ロード-SEC洗浄および凍結乾燥が続くモデルタンパク質、ウシ血清アルブミン（BSA）、の真空装填を利用実証されています。 4番目のセクションでは、determinBSAのカプセル化効率のationがプローブ超音波処理、遠心分離を利用した実証、およびUV /可視分光分析されます。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="894">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Lycopodium clavatum spores (s-type)</td>
			<td style="width:235px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">19108-500G-F</td>
			<td style="width:171px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Bovine serum albumin</td>
			<td style="width:235px;">Sigma</td>
			<td>A2153-50G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">FITC-conjugated BSA</td>
			<td style="width:235px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">A9771-250MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Phosphoric acid (85 % w/v)</td>
			<td style="width:235px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">438081-2.5L&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Hydrochloric acid</td>
			<td style="width:235px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">V800202&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Sodium hydroxide</td>
			<td style="width:235px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">S5881-1KG&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Acetone</td>
			<td style="width:235px;">Sigma</td>
			<td style="width:171px;">V800022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Ethanol</td>
			<td style="width:235px;">AcME&#160;</td>
			<td style="width:171px;">C000356</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Deionized water</td>
			<td style="width:235px;">Millipore purified water&#160;</td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:319px;">Qualitative filter paper (grade No. 1, cotton cellulose)</td>
			<td style="width:235px;"></td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Polystyrene microspheres (50 &#177; 1 &#181;m)&#160;</td>
			<td style="width:235px;">Thermoscientific (CA, USA)</td>
			<td style="width:171px;">4250A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Vectashield&#160;</td>
			<td style="width:235px;">Vector labs (CA, USA)</td>
			<td style="width:171px;">H-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:319px;">Sticky-slides, D 263 M Schott glass, No.1.5H (170 &#956;m, 25 mm x 75 mm) unsterile glass slide</td>
			<td style="width:235px;">Ibidi GmbH (Munich, Germany)</td>
			<td style="width:171px;">10812</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Commercial Lycopodium SECs (L-type)</td>
			<td style="width:235px;">Polysciences, Inc. (PA, USA)</td>
			<td style="width:171px;">16867-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Heating plates</td>
			<td style="width:235px;">IKA, Germany</td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Scanning electron microscope</td>
			<td style="width:235px;">Jeol, Japan</td>
			<td style="width:171px;">&#160;JFC-1600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Elemental analyzer&#160;</td>
			<td style="width:235px;">Elementar, Germany</td>
			<td style="width:171px;">VarioEL III</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">FlowCam: The benchtop system</td>
			<td style="width:235px;">Fluid Imaging Technologies, USA</td>
			<td>FlowCamVS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Confocal laser scanning microscope</td>
			<td style="width:235px;">Carl Zeiss, Germany</td>
			<td style="width:171px;">LSM710</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Freeze dryer</td>
			<td>Labconco, USA&#160;</td>
			<td style="width:171px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">UV Spectrometer</td>
			<td>Boeco, Germany</td>
			<td style="width:171px;">S220</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

extraction of plant-based capsules for microencapsulation applications

植物ベースの胞子や花粉由来マイクロカプセルは、マイクロカプセル化アプリケーションの多様な範囲のための堅牢なプラットフォームを提供します。内部sporoplasmic内容を削除するように胞子や花粉が処理されるときにスポロポレニン外膜カプセル（秒）が得られます。得られた中空マイクロカプセルはmicromeritic高度の均一性を示し、特定の植物種に関連する複雑な微細構造の特徴を保持しています。ここで、我々はヒカゲノカズラ胞子からSECSの生産のため、これらSECSへの親水性化合物の搬入のための合理化プロセスを示しています。現在のSEC分離手順は、最近かなり従来SEC分離に使用される処理要件を低減するために、無傷のマイクロカプセルの製造を確実にするために最適化されています。ナチュラルL. clavatumの胞子を、アセトンで脱脂し、リン酸で処理し、そして広範囲sporoplasmiを除去するために洗浄されていますCの内容。アセトン脱脂した後、85％リン酸を用いて、単一の処理ステップは全てsporoplasmicの内容を削除することが示されています。 30時間に酸処理時間を制限することにより、クリーン秒を分離し、長時間の処理時間で発生することが示されたSECの破壊を回避することができます。豊富な水で洗浄し、酸を希釈し、拠点を希釈し、溶媒をすべてsporoplasmic材料と化学残留物が十分に除去されることを保証します。真空装填技術は、代表的な親水性化合物として、モデルタンパク質（ウシ血清アルブミン）をロードするために利用されます。真空装填は、多くの場合、他のマイクロカプセル化プロトコルで必要とされる過酷な溶剤または望ましくない化学薬品を必要とせずに様々な化合物をロードするための簡単な技術を提供します。これらの単離およびロードのプロトコルに基づいて、SECSは、治療薬、食品、化粧品、およびパーソナルケアのprod、などのマイクロカプセル化アプリケーションの多様な範囲内で使用するための有望な材料を提供しますUCTS。

スポロポレニン外膜カプセルのための合理化された抽出処理 L. clavatum SEC抽出は、3つの主な工程によって達成された：（1）アセトンを用いて脱脂します。 （2）酸分解、リン酸を85％使用した（V / V）溶媒を用いて、（3）広範SEC洗浄。合理SEC抽出処理の流れは図1のAに示されている-私...

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Extraction of Plant-based Capsules for Microencapsulation Applications

このプロトコル/原稿がヒカゲノカズラ胞子からのスポロポレニン外膜カプセル（秒）を製造するためのこれらのSECSへの親水性化合物の搬入のための合理化されたプロセスを説明します。

マイクロカプセル化アプリケーション用の抽出プラントベースのカプセル

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin ...

extraction-of-plant-based-capsules-for-microencapsulation-applications

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.9K ビュー.  Nanyang Technological University. このプロトコル/原稿がヒカゲノカズラ胞子からのスポロポレニン外膜カプセル（秒）を製造するためのこれらのSECSへの親水性化合物の搬入のための合理化されたプロセスを説明します。 

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Preparation of 3D Fibrin Scaffolds for Stem Cell Culture Applications

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells inside of 3D biomaterial scaffolds provides a way to accurately mimic these microenvironments, providing an advantage over traditional 2D culture methods using polystyrene as well as a method for engineering replacement tissues 2. While 2D tissue culture polystrene has been used for the majority of cell culture experiments, 3D biomaterial scaffolds can more closely replicate the microenvironments found in vivo by enabling more accurate establishment of cell polarity in the environment and possessing biochemical and mechanical properties similar to soft tissue.3 A variety of naturally derived and synthetic biomaterial scaffolds have been investigated as 3D environments for supporting stem cell growth. While synthetic scaffolds can be synthesized to have a greater range of mechanical and chemical properties and often have greater reproducibility, natural biomaterials are often composed of proteins and polysaccharides found in the extracelluar matrix and as a result contain binding sites for cell adhesion and readily support cell culture. Fibrin scaffolds, produced by polymerizing the protein fibrinogen obtained from plasma, have been widely investigated for a variety of tissue engineering applications both in vitro and in vivo 4. Such scaffolds can be modified using a variety of methods to incorporate controlled release systems for delivering therapeutic factors 5. Previous work has shown that such scaffolds can be used to successfully culture embryonic stem cells and this scaffold-based culture system can be used to screen the effects of various growth factors on the differentiation of the stem cells seeded inside 6,7.
 This protocol details the process of polymerizing fibrin scaffolds from fibrinogen solutions using the enzymatic activity of thrombin. The process takes 2 days to complete, including an overnight dialysis step for the fibrinogen solution to remove citrates that inhibit polymerization. These detailed methods rely on fibrinogen concentrations determined to be optimal for embryonic and induced pluripotent stem cell culture. Other groups have further investigated fibrin scaffolds for a wide range of cell types and applications - demonstrating the versatility of this approach 8-12.

This work details the preparation of 3D fibrin scaffolds for culturing and differentiating plutipotent stem cells. Such scaffolds can be used to screen the effects of various biological compounds on stem cell behavior as well as modified to contain drug delivery systems.

幹細胞培養アプリケーションのための3Dフィブリン足場の調製

Stem cells are found in naturally occurring 3D microenvironments in vivo, which are often referred to as the stem cell niche 1. Culturing stem cells ...

生物工学

Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic imaging. In medical applications, one of the major limitations of optical sensing technology is its susceptibility to environmental conditions, e.g. changes in pressure and temperature, which may saturate the detection. Additionally, the clinical environment often imposes stringent limits on the size and robustness of the sensor. In this work, the combination of pulse interferometry and fiber-based optical sensing is demonstrated for ultrasound detection. Pulse interferometry enables robust performance of the readout system in the presence of rapid variations in the environmental conditions, whereas the use of all-fiber technology leads to a mechanically flexible sensing element compatible with highly demanding medical applications such as intravascular imaging. In order to achieve a short sensor length, a pi-phase-shifted fiber Bragg grating is used, which acts as a resonator trapping light over an effective length of 350 &#181;m. To enable high bandwidth, the sensor is used for sideway detection of ultrasound, which is highly beneficial in circumferential imaging geometries such as intravascular imaging. An optoacoustic imaging setup is used to determine the response of the sensor for acoustic point sources at different positions.

Optical detection of ultrasound is impractical in many imaging scenarios because it often requires stable environmental conditions. We demonstrate an optical technique for ultrasound sensing in volatile environments with miniaturization and sensitivity levels appropriate for optoacoustic imaging in restrictive scenarios, e.g. intravascular applications.

医療画像処理アプリケーションのための超音波の広帯域光検出器

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic ...

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, nanomedicine, tissue regeneration, and drug delivery. Designing materials based on the molecular-scale interactions between these proteins will help generate new multifunctional protein alloy biomaterials with tunable properties. Such alloy material systems also provide advantages in comparison to traditional synthetic polymers due to the materials biodegradability, biocompatibility, and tenability in the body. This article used the protein blends of wild tussah silk (Antheraea pernyi) and domestic mulberry silk (Bombyx mori) as an example to provide useful protocols regarding these topics, including how to predict protein-protein interactions by computational methods, how to produce protein alloy solutions, how to verify alloy systems by thermal analysis, and how to fabricate variable alloy materials including optical materials with diffraction gratings, electric materials with circuits coatings, and pharmaceutical materials for drug release and delivery. These methods can provide important information for designing the next generation multifunctional biomaterials based on different protein alloys.

Blending is an efficient approach to generate biomaterials with a broad range of properties and combined features. By predicting the molecular interactions between different natural silk proteins, new silk-silk protein alloy platforms with tunable mechanical resiliency, electrical response, optical transparency, chemical processability, biodegradability, or thermal stability can be designed.

バイオメディカル応用のためのシルクシルクプロテイン合金材料設計

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, ...

In situ TEM of Biological Assemblies in Liquid

Researchers regularly use Transmission Electron Microscopes (TEMs) to examine biological entities and to assess new materials. Here, we describe an additional application for these instruments- viewing viral assemblies in a liquid environment. This exciting and novel method of visualizing biological structures utilizes a recently developed microfluidic-based specimen holder. Our video article demonstrates how to assemble and use a microfluidic holder to image liquid specimens within a TEM. In particular, we use simian rotavirus double-layered particles (DLPs) as our model system. We also describe steps to coat the surface of the liquid chamber with affinity biofilms that tether DLPs to the viewing window. This permits us to image assemblies in a manner that is suitable for 3D structure determination. Thus, we present a first glimpse of subviral particles in a native liquid environment.

In situ TEM of Biological Assemblies in Liquid

Here we describe a procedure to image viral complexes in liquid at nanometer resolution using a transmission electron microscope.

その時 液体中の生物学的集合体のTEM

Researchers regularly use Transmission Electron Microscopes (TEMs) to examine biological entities and to assess new materials. Here, we describe an ...

Solid Lipid Nanoparticles (SLNs) for Intracellular Targeting Applications

Nanoparticle-based delivery vehicles have shown great promise for intracellular targeting applications, providing a mechanism to specifically alter cellular signaling and gene expression. In a previous investigation, the synthesis of ultra-small solid lipid nanoparticles (SLNs) for topical drug delivery and biomarker detection applications was demonstrated. SLNs are a well-studied example of a nanoparticle delivery system that has emerged as a promising drug delivery vehicle. In this study, SLNs were loaded with a fluorescent dye and used as a model to investigate particle-cell interactions. The phase inversion temperature (PIT) method was used for the synthesis of ultra-small populations of biocompatible nanoparticles. A 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenylphenyltetrazolium bromide (MTT) assay was utilized in order to establish appropriate dosing levels prior to the nanoparticle-cell interaction studies. Furthermore, primary human dermal fibroblasts and mouse dendritic cells were exposed to dye-loaded SLN over time and the interactions with respect to toxicity and particle uptake were characterized using fluorescence microscopy and flow cytometry. This study demonstrated that ultra-small SLNs, as a nanoparticle delivery system, are suitable for intracellular targeting of different cell types.

Solid Lipid Nanoparticles SLNs for Intracellular Targeting Applications

In this study, a method for synthesizing ultra-small populations of biocompatible nanoparticles was described, as well as several in vitro methods by which to assess their cellular interactions.

細胞内ターゲティングアプリケーションのための固体脂質ナノ粒子（SLNs）

Nanoparticle-based delivery vehicles have shown great promise for intracellular targeting applications, providing a mechanism to specifically alter ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial applications. Here we describe how electrospinning or electrospraying a polymer mixture containing a biodegradable, biocompatible aliphatic polyester (e.g., polycaprolactone and poly(lactide-co-glycolide)), as the major component, doped with a hydrophobic copolymer composed of the polyester and a stearate-modified poly(glycerol carbonate) affords a superhydrophobic biomaterial. The fabrication techniques of electrospinning or electrospraying provide the enhanced surface roughness and porosity on and within the fibers or the particles, respectively. The use of a low surface energy copolymer dopant that blends with the polyester and can be stably electrospun or electrosprayed affords these superhydrophobic materials. Important parameters such as fiber size, copolymer dopant composition and/or concentration, and their effects on wettability are discussed. This combination of polymer chemistry and process engineering affords a versatile approach to develop application-specific materials using scalable techniques, which are likely generalizable to a wider class of polymers for a variety of applications.

Two- and three-dimensional superhydrophobic polymeric materials are prepared by electrospinning or electrospraying biodegradable polymers blended with a lower surface energy polymer of similar composition.

バイオメディカル応用のための超疎水性高分子材料を製造します

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness and low bioactivity of metals. In this study, we have developed a new method towards fabricating a new type of bioactive and mechanically reliable porous metal scaffolds-densified porous Ti scaffolds. The method consists of two fabrication processes, 1) the fabrication of porous Ti scaffolds by dynamic freeze casting, and 2) coating and densification of the porous scaffolds. The dynamic freeze casting method to fabricate porous Ti scaffolds allowed the densification of porous scaffolds by minimizing the chemical contamination and structural defects. The densification process is distinctive for three reasons. First, the densification process is simple, because it requires a control of only one parameter (degree of densification). Second, it is effective, as it achieves mechanical enhancement and sustainable release of biomolecules from porous scaffolds. Third, it has broad applications, as it is also applicable to the fabrication of functionally graded porous scaffolds by spatially varied strain during densification.

Bioactive and mechanically reliable metal scaffolds have been fabricated through a method which consists of two processes, dynamic freeze casting for the fabrication of porous Ti, and coating and densification of the Ti scaffolds. The densification process is simple, effective and applicable to the fabrication of functionally graded scaffolds.

バイオメディカル応用のための機械的に調整可能な生物活性金属スキャフォールドの作製

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness ...

Light-mediated Formation and Patterning of Hydrogels for Cell Culture Applications

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In particular, light-mediated click reactions, such as photoinitiated thiol&#8722;ene and thiol&#8722;yne reactions, afford spatiotemporal control over material properties and allow the design of systems with a high degree of user-directed property control. Fabrication and modification of hydrogel-based biomaterials using the precision afforded by light and the versatility offered by these thiol&#8722;X photoclick chemistries are of growing interest, particularly for the culture of cells within well-defined, biomimetic microenvironments. Here, we describe methods for the photoencapsulation of cells and subsequent photopatterning of biochemical cues within hydrogel matrices using versatile and modular building blocks polymerized by a thiol&#8722;ene photoclick reaction. Specifically, an approach is presented for constructing hydrogels from allyloxycarbonyl (Alloc)-functionalized peptide crosslinks and pendant peptide moieties and thiol-functionalized poly(ethylene glycol) (PEG) that rapidly polymerize in the presence of lithium acylphosphinate photoinitiator and cytocompatible doses of long wavelength ultraviolet (UV) light. Facile techniques to visualize photopatterning and quantify the concentration of peptides added are described. Additionally, methods are established for encapsulating cells, specifically human mesenchymal stem cells, and determining their viability and activity. While the formation and initial patterning of thiol-alloc hydrogels are shown here, these techniques broadly may be applied to a number of other light and radical-initiated material systems (e.g., thiol-norbornene, thiol-acrylate) to generate patterned substrates.

We describe a sequential process for light-mediated formation and subsequent biochemical patterning of synthetic hydrogel matrices for three-dimensional cell culture applications. The construction and modification of hydrogels with cytocompatible photoclick chemistry is demonstrated. Additionally, facile techniques to quantify and observe patterns and determine cell viability within these hydrogels are presented.

細胞培養アプリケーションのためのヒドロゲルの光媒介形成とパターニング

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In ...

Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest regarding the use of bioinspired nanoscale hydroxyapatite (nHA). However, biological apatite is known to be calcium-deficient and carbonate-substituted with a nanoscale platelet-like morphology. Bioinspired nHA has the potential to stimulate optimal bone tissue regeneration due to its similarity to bone and tooth enamel mineral. Many of the methods currently used to fabricate nHA both in the laboratory and commercially, involve lengthy processes and complex equipment. Therefore, the aim of this study was to develop a rapid and reliable method to prepare high quality bioinspired nHA. The rapid mixing method developed was based upon an acid-base reaction involving calcium hydroxide and phosphoric acid. Briefly, a phosphoric acid solution was poured into a calcium hydroxide solution followed by stirring, washing and drying stages. Part of the batch was sintered at 1,000 &#176;C for 2 h in order to investigate the products&#39; high temperature stability. X-ray diffraction analysis showed the successful formation of HA, which showed thermal decomposition to &#946;-tricalcium phosphate after high temperature processing, which is typical for calcium-deficient HA. Fourier transform infrared spectroscopy showed the presence of carbonate groups in the precipitated product. The nHA particles had a low aspect ratio with approximate dimensions of 50 x 30 nm, close to the dimensions of biological apatite. The material was also calcium deficient with a Ca:P molar ratio of 1.63, which like biological apatite is lower than the stoichiometric HA ratio of 1.67. This new method is therefore a reliable and far more convenient process for the manufacture of bioinspired nHA, overcoming the need for lengthy titrations and complex equipment. The resulting bioinspired HA product is suitable for use in a wide variety of medical and consumer health applications.

This paper describes a novel method for the rapid manufacture of high quality bioinspired nanoscale hydroxyapatite. This biomaterial is of great significance in the manufacture of a wide range of innovative medical devices for clinical applications in orthopedics, craniofacial surgery and dentistry.

バイオメディカル応用のためのバイオインスパイアードナノハイドロキシアパタイトの急速なミックス準備

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest ...

Two Methods for Decellularization of Plant Tissues for Tissue Engineering Applications

The autologous, synthetic, and animal-derived grafts currently used as scaffolds for tissue replacement have limitations due to low availability, poor biocompatibility, and cost. Plant tissues have favorable characteristics that make them uniquely suited for use as scaffolds, such as high surface area, excellent water transport and retention, interconnected porosity, preexisting vascular networks, and a wide range of mechanical properties. Two successful methods of plant decellularization for tissue engineering applications are described here. The first method is based on detergent baths to remove cellular matter, which is similar to previously established methods used to clear mammalian tissues. The second is a detergent-free method adapted from a protocol that isolates leaf vasculature and involves the use of a heated bleach and salt bath to clear the leaves and stems. Both methods yield scaffolds with comparable mechanical properties and low cellular metabolic impact, thus allowing the user to select the protocol which better suits their intended application.

Here we present, and contrast two protocols used to decellularize plant tissues: a detergent-based approach and a detergent-free approach. Both methods leave behind the extracellular matrix of the plant tissues used, which can then be utilized as scaffolds for tissue engineering applications.

組織工学用植物組織の Decellularization の 2 つの方法

The autologous, synthetic, and animal-derived grafts currently used as scaffolds for tissue replacement have limitations due to low availability, poor ...

マイクロカプセル化アプリケーション用の抽出プラントベースのカプセル

要約

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この動画の章

幹細胞培養アプリケーションのための3Dフィブリン足場の調製

医療画像処理アプリケーションのための超音波の広帯域光検出器

バイオメディカル応用のためのシルクシルクプロテイン合金材料設計

その時液体中の生物学的集合体のTEM

細胞内ターゲティングアプリケーションのための固体脂質ナノ粒子（SLNs）

バイオメディカル応用のための超疎水性高分子材料を製造します

バイオメディカル応用のための機械的に調整可能な生物活性金属スキャフォールドの作製

細胞培養アプリケーションのためのヒドロゲルの光媒介形成とパターニング

バイオメディカル応用のためのバイオインスパイアードナノハイドロキシアパタイトの急速なミックス準備

組織工学用植物組織の Decellularization の 2 つの方法

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バイオメディカル応用のためのシルクシルクプロテイン合金材料設計

その時 液体中の生物学的集合体のTEM

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