Synthese von Hydrogelen aus dezellularisiertem Knorpel mit extrazellulärer Matrix
Summary
In dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Synthese von Hydrogelen aus dezellularisierter extrazellulärer Knorpelmatrix (DC-ECM) vorgestellt. DC-ECM-Hydrogele haben eine ausgezeichnete Biokompatibilität und bieten eine hervorragende Mikroumgebung für das Zellwachstum. Daher können sie ideale Zellgerüste und biologische Verabreichungssysteme sein.
Abstract
Hydrogele aus dezellularisierter extrazellulärer Matrix (DC-ECM) sind aufgrund ihrer Biokompatibilität und ihrer Fähigkeit, natürliche Gewebeeigenschaften nachzuahmen, vielversprechende Biomaterialien für das Tissue Engineering und die regenerative Medizin. Dieses Protokoll zielt darauf ab, DC-ECM-Hydrogele herzustellen, die die native EZM von Knorpelgewebe genau nachahmen. Das Protokoll beinhaltet eine Kombination aus physikalischem und chemischem Aufschluss und enzymatischer Verdauung, um das Zellmaterial zu entfernen und gleichzeitig die Struktur und Zusammensetzung der EZM zu erhalten. Das DC-ECM wird mit einem chemischen Mittel vernetzt, um ein stabiles und biologisch aktives Hydrogel zu bilden. Das DC-ECM-Hydrogel hat eine ausgezeichnete biologische Aktivität, räumliche Struktur und biologische Induktionsfunktion sowie eine geringe Immunogenität. Diese Eigenschaften sind vorteilhaft bei der Förderung der Zelladhäsion, -proliferation, -differenzierung und -migration und bei der Schaffung einer überlegenen Mikroumgebung für das Zellwachstum. Dieses Protokoll stellt eine wertvolle Ressource für Forscher und Kliniker auf dem Gebiet des Tissue Engineering dar. Biomimetische Hydrogele können potenziell die Entwicklung effektiver Tissue-Engineering-Strategien für die Knorpelreparatur und -regeneration verbessern.
Introduction
Das Knorpelgewebe-Engineering ist ein sich schnell entwickelndes Gebiet, das darauf abzielt, beschädigtes oder erkranktes Knorpelgewebe zu regenerieren1. Eine zentrale Herausforderung auf diesem Gebiet ist die Entwicklung biomimetischer Gerüste, die das Wachstum und die Differenzierung von Chondrozyten, den Zellen, die für die Produktion von Knorpel verantwortlich sind, unterstützen können2. Die EZM des Knorpelgewebes spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Verhaltens von Chondrozyten. DC-ECM ist ein effektives Gerüst für Tissue-Engineering-Anwendungen3.
Es wurde eine Reihe von Techniken entwickelt, um DC-ECM aus Knorpelgewebe herzustellen, einschließlich chemischer, enzymatischer und physikalischer Methoden. Diese Methoden führen jedoch häufig zur Erzeugung von EZM-Hydrogelen, die nicht ausreichend biomimetisch sind, was ihr Potenzial für den Einsatz in Tissue-Engineering-Anwendungen einschränkt 4,5. Daher besteht ein Bedarf an einer effektiveren Methode zur Herstellung von DC-ECM-Hydrogelen.
Die Entwicklung dieser Technik ist wichtig, weil sie das Gebiet des Tissue Engineering voranbringen kann, indem sie einen neuen Ansatz für die Herstellung biomimetischer Gerüste bietet, die die Regeneration und Reparatur von Gewebe unterstützen können. Darüber hinaus könnte diese Technik leicht angepasst werden, um ECM-Hydrogele aus anderen Geweben herzustellen und damit ihre Anwendungsmöglichkeiten zu erweitern.
In der breiteren Literatur besteht ein wachsendes Interesse an der Verwendung von DC-ECM als Gerüst für Tissue-Engineering-Anwendungen6. Zahlreiche Studien haben die Wirksamkeit von DC-ECM-Hydrogelen bei der Förderung des Zellwachstums und der Zelldifferenzierung in verschiedenen Geweben, einschließlich Knorpel, nachgewiesen 7,8. Daher ist die Entwicklung eines Protokolls zur Herstellung von DC-ECM-Hydrogelen, die die natürliche EZM von Knorpelgewebe genau nachahmen, ein wichtiger Beitrag auf diesem Gebiet.
Das in dieser Arbeit vorgestellte Protokoll adressiert diesen Bedarf, indem es eine neuartige Methode zur Herstellung von DC-ECM-Hydrogelen bereitstellt, die die natürliche EZM von Knorpelgewebe genau nachahmen. Das Protokoll beinhaltet die Dezellularisierung von Knorpelgewebe, die Isolierung der resultierenden EZM und die Herstellung eines Hydrogels durch Vernetzung der EZM mit einem biokompatiblen Polymer. Das resultierende Hydrogel hat vielversprechende Ergebnisse bei der Unterstützung des Wachstums und der Differenzierung von Chondrozyten gezeigt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll bietet einen systematischen Ansatz für die Herstellung von hydrogelen aus dezellularisiertem Knorpel mit extrazellulärer Matrix, die die native EZM von Knorpelgewebe genau nachahmen. Das Protokoll beinhaltet eine Kombination aus physikalischer, chemischer und enzymatischer Störung, um zelluläres Material zu entfernen und gleichzeitig die Struktur und Zusammensetzung der EZM zu erhalten. Zu den kritischen Schritten des Protokolls gehören die Anpassung der Dezellularisierungszeit und -methoden sowie d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch den Medicine and Health Technology Plan der Provinz Zhejiang (2019KY050), den Wissenschafts- und Technologieplan für traditionelle chinesische Medizin der Provinz Zhejiang (2019ZA026), den Key Research and Development Plan in der Provinz Zhejiang (Grant No.2020C03043), den Traditional Chinese Medicine Science and Technology Plan der Provinz Zhejiang (2021ZQ021) und die Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China (LQ22H060007) gefördert.
Materials
| 1 M Tris-HCl, pH7.6 | Beyotime | ST776-100 mL | |
| 1 M Tris-HCl, pH8.0 | Beyotime | ST780-500 mL | |
| -80 °C Freezer | Eppendorf | F440340034 | |
| Deoxyribonuclease | Aladdin | D128600-80KU | |
| DNEasy Blood &Tissue Kit | Qiagen | No. 69506 | |
| GAG colorimetric quantitative detection kit | Shanghai Haling | HL19236.2 | |
| HCP-2 dryer | Hitachi | N/A | |
| Nanodrop8000 | Thermo Fisher | N/A | Spectrophotometer |
| PBS (10x) | Gibco | 70011044 | |
| Ribonuclease | Aladdin | R341325-100 mg | |
| Sigma500 | ZIESS | N/A | Scanning electron microscope |
| Spectra S | Thermo Fisher | N/A | Transmission electron microscope |
| Stainless steel sieve | SHXB-Z-1 | Shanghai Xinbu | |
| Triton X-100 | Beyotime | P0096-500 mL | |
| Trypsin | Gibco | 15050065 | |
| Ultraviolet lamp | Omnicure 2000 | N/A | |
| Vitamin B2 | Gibco | R4500-5G | |
| Vortex mixer | Shanghai Qiasen | 78HW-1 |
References
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