विसेलुलर उपास्थि व्युत्पंन मैट्रिक्स पाड़ों का निर्माण
Summary
एक पाड़ उपास्थि की मरंमत के लिए गाइड और osteochondral ऊतक पुनर्जीवित करने के लिए एक साधन के रूप में के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है । इस कागज विस्तार में decellularization प्रक्रिया का वर्णन करता है और सुझाव इन पाड़ों में इन विट्रो सेटिंग्स का उपयोग करने के लिए प्रदान करता है ।
Abstract
Osteochondral दोष पर्याप्त आंतरिक मरंमत क्षमता का अभाव कार्यात्मकता ध्वनि हड्डी और उपास्थि ऊतक पुनर्जीवित करने के लिए । इस हद तक, उपास्थि अनुसंधान अपक्षयी पाड़ के विकास पर ध्यान केंद्रित किया है । इस लेख पाड़ है कि पूरी तरह से प्राकृतिक उपास्थि extracellular मैट्रिक्स से प्राप्त कर रहे है के विकास का वर्णन, एक घोड़े दाता से आ रही है । पाड़ों के संभावित अनुप्रयोगों उपास्थि मरंमत के लिए allografts का निर्माण, osteochondral ऊतक इंजीनियरिंग के लिए एक पाड़ के रूप में सेवारत शामिल हैं, और इन विट्रो मॉडल ऊतक गठन का अध्ययन करने के लिए प्रदान करते हैं । ऊतक decellularizing द्वारा दाता कोशिकाओं को हटा दिया जाता है, लेकिन प्राकृतिक के कई सक्रिय संकेतों को बनाए रखने के लिए लगा रहे हैं । एक कृत्रिम रूप से उत्पादित पाड़ की तुलना में इस तरह के एक प्राकृतिक पाड़ का उपयोग करने का मुख्य लाभ यह है कि पॉलिमर के आगे कोई functionalization osteochondral ऊतक पुनर्जनन ड्राइव करने के लिए आवश्यक है । उपास्थि व्युत्पंन मैट्रिक्स पाड़ों दोनों में और vivo में हड्डी और उपास्थि ऊतक पुनर्जनन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता इन विट्रो सेटिंग्स ।
Introduction
दर्दनाक घटनाओं की वजह से घुटने में जोड़दार उपास्थि दोषों असुविधा के लिए नेतृत्व कर सकते हैं, और सभी के ऊपर युवा और सक्रिय जनसंख्या1,2,3के जीवन पर एक बड़ा प्रभाव हो सकता है । इसके अलावा, एक कम उंर में उपास्थि क्षति जीवन में बाद में4पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस के एक अधिक तेजी से शुरू करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । वर्तमान में, घुटने की सामान्यीकृत पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस के लिए ही उबार चिकित्सा संयुक्त प्रतिस्थापन सर्जरी है । के रूप में उपास्थि एक hypocellular, aneural, और avascular ऊतक है, इसकी अपक्षयी क्षमता गंभीर रूप से सीमित है । इसलिए, अपक्षयी चिकित्सा दृष्टिकोण सहायता और देशी ऊतक की अपक्षयी क्षमता को उत्तेजित करने के बाद की मांग कर रहे हैं । इस प्रयोजन के लिए, पाड़ डिजाइन और या तो एक सेल वाहक के रूप में या एक आगमनात्मक सामग्री है कि अंतर और ऊतक के पुनर्जनन शरीर की देशी कोशिकाओं द्वारा5के रूप में इस्तेमाल किया जाता है ।
विजाने पाड़ों व्यापक रूप से अपक्षयी दवा6के भीतर अध्ययन किया गया है । यह कुछ सफलता मिली है, उदाहरण के लिए,7त्वचा के पुनर्जनन सहायता में, उदर संरचनाओं8, और tendons9। सेलुलर पाड़ों का उपयोग करने का लाभ उनके प्राकृतिक मूल और उनकी क्षमता को बनाए रखने के लिए सक्रिय cues कि दोनों को आकर्षित करने और उपयुक्त ऊतक मरंमत6,10के लिए आवश्यक वंश में सेल भेदभाव प्रेरित है । इसके अलावा, के बाद से extracellular मैट्रिक्स (ECM) एक प्राकृतिक सामग्री है, और decellularization सेलुलर या आनुवंशिक सामग्री को हटाने के द्वारा एक संभावित प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को रोकता है, मुद्दों के बारे में और biodegradability पर काबू पा रहे हैं ।
उपास्थि व्युत्पन्न मैट्रिक्स (सीडीएम) पाड़ों में महान chondrogenic क्षमता दिखाया है इन विट्रो प्रयोगों जब mesenchymal stromal कोशिकाओं11के साथ वरीयता प्राप्त. इसके अलावा, इन पाड़ों में vivo सेटिंग्स12में अस्थानिक स्थानों पर endochondral हड्डी बन जाना के माध्यम से अस्थि ऊतक फार्म करने की क्षमता दिखाई है । के रूप में सीडीएम पाड़ों दोनों हड्डी और उपास्थि ऊतक के गठन गाइड, इन पाड़ों उपास्थि मरंमत के अलावा osteochondral दोष की मरंमत के लिए संभावित पकड़ कर सकते हैं ।
इस लेख का वर्णन एक यांग एट अल से अनुकूलित प्रोटोकॉल (२०१०)13 घोड़ा दबाना उपास्थि से विसेलुलर सीडीएम पाड़ों के उत्पादन के लिए । इन पाड़ों कोलेजन प्रकार द्वितीय और कोशिकाओं के विहीन में अमीर हैं, और decellularization के बाद किसी भी glycosaminoglycans (परिहास) शामिल नहीं है । दोनों विट्रो में और vivo में प्रयोग पर (आस्टियो) chondral दोष मरंमत इन पाड़ों का उपयोग कर आयोजित किया जा सकता है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
जोड़दार उपास्थि के ECM बहुत घने और अलग एंजाइमी उपचार के लिए काफी लचीला है । इस आलेख में वर्णित बहु-चरण decellularization प्रोटोकॉल ऐसे प्रतिरोध को हल करता है और सफलतापूर्वक विनिर्मित मैट्रिक्स को बनाता है । यह प्रा?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक पाड़ों के उत्पादन में सहायता के लिए डब्ल्यू बूट स्वीकार करना चाहते हैं । K.E.M. बेंडर विश्वविद्यालय चिकित्सा केंद्र से एलेक्जेंडर Suerman Stipendium द्वारा समर्थित है । आर Levato और जे मालदा डच गठिया फाउंडेशन (अनुदान समझौतों CO-14-1-001 और एलएलपी-12, क्रमशः) द्वारा समर्थित हैं ।
Materials
| Cadaveric joint | This can be obtained as rest material from the local butcher or veterinary center. | ||
| Sterile phosphate-buffered saline (PBS) | |||
| Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140 | |
| Amphotericin B | Thermo Fischer Scientific | 15290026 | |
| Liquid nitrogen | |||
| Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | Thermo Fischer Scientific | 25200072 | |
| Tris-HCl pH 7.5 | |||
| Deoxyribonuclease I from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | DN25 | |
| Ribonuclease A from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | R6513 | |
| Triton X-100 (octoxynol-1) | Sigma-Aldrich | X100 | |
| Papain | Sigma-Aldrich | P3125 | |
| Trisodium citrate dihydrate | Sigma-Aldrich | S4641 | |
| Alginate | Sigma-Aldrich | 180947 | |
| Formalin | |||
| CaCl2 | |||
| Ethanol | |||
| Xylene | |||
| Paraffin | |||
| Ethylene oxide sterilization | Synergy Health, Venlo, the Netherlands | ||
| Multipotent Stromal cells/chondrocytes from equine donors | MSCs and chondrocytes can be isolated from donor joints that are rest material, coming from the local butcher or veterinary center. | ||
| MEM alpha | Thermo Fischer Scientific | 22561 | |
| L-ascorbic acid 2-phosphate | Sigma-Aldrich | A8960 | |
| DMEM | Thermo Fischer Scientific | 41965 | |
| Heat inactivated bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | 10735086001 | |
| Fibroblast growth factor-2 (FGF-2) | R & D Systems | 233-FB | |
| DNA quantification kit (Quant-iT PicoGreen dsDNA Reagent) | Thermo Fischer Scientific | P7581 | |
| 1,9-Dimethyl-Methylene Blue zinc chloride double salt | Sigma-Aldrich | 341088 | |
| Freeze-dryer | SALMENKIPP | ALPHA 1-2 LD plus | |
| Analytical mill | IKA | A 11 basic | |
| mortar/pestle | Haldenwanger 55/0A | ||
| Roller plate | CAT | RM5 | |
| Centrifuge (for 50 mL tubes) | Eppendorf | 5810R | |
| Capsule (cylindric mold) | TAAB | 8 mm flat | |
| Superlight S UV | Lumatec | 2001AV | |
| Incubator | |||
| Microtome | |||
| Sieve (mesh size 0.71 mm) | VWR | 34111229 | |
| Scalpel | |||
| Scalpel holder | |||
| Small laddle |
References
- Dunlop, D. D., et al. Risk factors for functional decline in older adults with arthritis. Arthritis and rheumatism. 52 (4), 1274-1282 (2005).
- Fitzpatrick, K., Tokish, J. M. A military perspective to articular cartilage defects. The journal of knee surgery. 24 (3), 159-166 (2011).
- Flanigan, D. C., Harris, J. D., Trinh, T. Q., Siston, R. A., Brophy, R. H. Prevalence of chondral defects in athletes’ knees: a systematic review. Medicine and science in sports and exercise. 42 (10), 1795-1801 (2010).
- Martel-Pelletier, J., Boileau, C., Pelletier, J. P., Roughley, P. J. Cartilage in normal and osteoarthritis conditions. Best practice & research. Clinical rheumatology. 22 (2), 351-384 (2008).
- Vinatier, C., et al. Cartilage tissue engineering: towards a biomaterial-assisted mesenchymal stem cell therapy. Current stem cell research & therapy. 4 (4), 318-329 (2009).
- Taylor, D. A., Sampaio, L. C., Ferdous, Z., Gobin, A. S., Taite, L. J. Decellularized matrices in regenerative medicine. Acta biomaterialia. 74, 74-89 (2018).
- Vashi, C. Clinical Outcomes for Breast Cancer Patients Undergoing Mastectomy and Reconstruction with Use of DermACELL, a Sterile, Room Temperature Acellular Dermal Matrix. Plastic Surgery International. 2014 (704323), 1-7 (2014).
- Satterwhite, T. S., et al. Abdominal wall reconstruction with dual layer cross-linked porcine dermal xenograft: the "Pork Sandwich" herniorraphy. Journal of plastic, reconstructive & aesthetic surgery : JPRAS. 65 (3), 333-341 (2012).
- Martinello, T., et al. Successful recellularization of human tendon scaffolds using adipose-derived mesenchymal stem cells and collagen gel. Journal of tissue engineering and regenerative medicine. 8 (8), 612-619 (2014).
- Benders, K. E., et al. Extracellular matrix scaffolds for cartilage and bone regeneration. Trends in biotechnology. 31 (3), 169-176 (2013).
- Benders, K. E., et al. Multipotent Stromal Cells Outperform Chondrocytes on Cartilage-Derived Matrix Scaffolds. Cartilage. 5 (4), 221-230 (2014).
- Gawlitta, D., et al. Decellularized cartilage-derived matrix as substrate for endochondral bone regeneration. Tissue engineering. Part A. 21 (3-4), 694-703 (2015).
- Yang, Z., et al. Fabrication and repair of cartilage defects with a novel acellular cartilage matrix scaffold. Tissue engineering. Part C, Methods. 16 (5), 865-876 (2010).
- Pittenger, M. F., et al. Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. Science. 284 (5411), 143-147 (1999).
- Meyer, S. R., et al. Decellularization reduces the immune response to aortic valve allografts in the rat. The Journal of thoracic and cardiovascular surgery. 130 (2), 469-476 (2005).
- Brown, B. N., Valentin, J. E., Stewart-Akers, A. M., McCabe, G. P., Badylak, S. F. Macrophage phenotype and remodeling outcomes in response to biologic scaffolds with and without a cellular component. Biomaterials. 30 (8), 1482-1491 (2009).
- Keane, T. J., Londono, R., Turner, N. J., Badylak, S. F. Consequences of ineffective decellularization of biologic scaffolds on the host response. Biomaterials. 33 (6), 1771-1781 (2012).
- Crapo, P. M., Gilbert, T. W., Badylak, S. F. An overview of tissue and whole organ decellularization. Biomaterials. 32 (12), 3233-3243 (2011).
- Malda, J., et al. Of mice, men and elephants: the relation between articular cartilage thickness and body mass. PloS One. 8 (2), e57683 (2013).
- Malda, J., et al. Comparative study of depth-dependent characteristics of equine and human osteochondral tissue from the medial and lateral femoral condyles. Osteoarthritis and Cartilage. 20 (10), 1147-1151 (2012).
- Londono, R., Badylak, S. F. Biologic scaffolds for regenerative medicine: mechanisms of in vivo remodeling. Annals of biomedical engineering. 43 (3), 577-592 (2015).
- Gilbert, T. W. Strategies for tissue and organ decellularization. Journal of cellular biochemistry. 113 (7), 2217-2222 (2012).
