Syntese af decellulariserede brusk ekstracellulære matrixhydrogeler
Summary
Dette papir introducerer en ny metode til syntese af decellulariserede brusk ekstracellulære matrix (DC-ECM) hydrogeler. DC-ECM hydrogeler har fremragende biokompatibilitet og giver et overlegent mikromiljø til cellevækst. Derfor kan de være ideelle cellestilladser og biologiske leveringssystemer.
Abstract
Decellulariserede brusk ekstracellulære matrix (DC-ECM) hydrogeler er lovende biomaterialer til vævsteknik og regenerativ medicin på grund af deres biokompatibilitet og evne til at efterligne naturlige vævsegenskaber. Denne protokol sigter mod at producere DC-ECM-hydrogeler, der nøje efterligner den oprindelige ECM i bruskvæv. Protokollen involverer en kombination af fysisk og kemisk forstyrrelse og enzymatisk fordøjelse for at fjerne det cellulære materiale, samtidig med at ECM’s struktur og sammensætning bevares. DC-ECM er tværbundet ved hjælp af et kemisk middel til dannelse af en stabil og biologisk aktiv hydrogel. DC-ECM-hydrogelen har fremragende biologisk aktivitet, rumlig struktur og biologisk induktionsfunktion samt lav immunogenicitet. Disse egenskaber er gavnlige for at fremme celleadhæsion, proliferation, differentiering og migration og for at skabe et overlegent mikromiljø for cellevækst. Denne protokol giver en værdifuld ressource for forskere og klinikere inden for vævsteknik. Biomimetiske hydrogeler kan potentielt forbedre udviklingen af effektive vævstekniske strategier til bruskreparation og regenerering.
Introduction
Bruskvævsteknik er et hurtigt voksende felt, der søger at regenerere beskadiget eller sygt bruskvæv1. En central udfordring på dette område er udviklingen af biomimetiske stilladser, der kan understøtte vækst og differentiering af chondrocytter, cellerne, der er ansvarlige for at producere brusk2. ECM af bruskvæv spiller en kritisk rolle i reguleringen af chondrocytters adfærd. DC-ECM er et effektivt stillads til vævstekniske applikationer3.
En række teknikker er blevet udviklet til at producere DC-ECM fra bruskvæv, herunder kemiske, enzymatiske og fysiske metoder. Disse metoder resulterer imidlertid ofte i dannelsen af ECM-hydrogeler, der ikke er tilstrækkeligt biomimetiske, hvilket begrænser deres potentiale til anvendelse i vævstekniske applikationer 4,5. Der er således behov for en mere effektiv metode til fremstilling af DC-ECM-hydrogeler.
Udviklingen af denne teknik er vigtig, fordi den kan fremme vævsteknik ved at give en ny tilgang til at skabe biomimetiske stilladser, der kan understøtte vævsregenerering og reparation. Desuden kunne denne teknik let tilpasses til at producere ECM-hydrogeler fra andre væv og derved udvide dens potentielle anvendelser.
I den bredere litteratur har der været stigende interesse for at bruge DC-ECM som stillads til vævstekniske applikationer6. Talrige undersøgelser har vist effektiviteten af DC-ECM-hydrogeler til at fremme cellevækst og differentiering i forskellige væv, herunder brusk 7,8. Derfor er udviklingen af en protokol til fremstilling af DC-ECM-hydrogeler, der nøje efterligner bruskvævets naturlige ECM, et væsentligt bidrag til feltet.
Protokollen præsenteret i dette papir adresserer dette behov ved at tilvejebringe en ny metode til fremstilling af DC-ECM hydrogeler, der nøje efterligner den naturlige ECM af bruskvæv. Protokollen involverer decellularisering af bruskvæv, isolering af den resulterende ECM og skabelse af en hydrogel ved at tværbinde ECM med en biokompatibel polymer. Den resulterende hydrogel har vist lovende resultater til støtte for vækst og differentiering af chondrocytter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokol giver en systematisk tilgang til fremstilling af decellulariserede brusk ekstracellulære matrixhydrogeler, der nøje efterligner den oprindelige ECM af bruskvæv. Protokollen involverer en kombination af fysisk, kemisk og enzymatisk forstyrrelse for at fjerne cellulært materiale, samtidig med at ECM’s struktur og sammensætning bevares. Protokollens kritiske trin inkluderer justering af decellulariseringstiden og -metoderne og sikring af fuldstændig decellularisering.
Sammenl…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev sponsoreret af medicin- og sundhedsteknologiplanen for Zhejiang-provinsen (2019KY050), den traditionelle kinesiske medicinvidenskabs- og teknologiplan for Zhejiang-provinsen (2019ZA026), den centrale forsknings- og udviklingsplan i Zhejiang-provinsen (bevilling nr. 2020C03043), den traditionelle kinesiske medicinvidenskabs- og teknologiplan for Zhejiang-provinsen (2021ZQ021) og Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China (LQ22H060007).
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
- Vega, S. L., Kwon, M. Y., Burdick, J. A. Recent advances in hydrogels for cartilage tissue engineering. European Cells & Materials. 33, 59-75 (2017).
- Yang, J., Zhang, Y. S., Yue, K., Khademhosseini, A. Cell-laden hydrogels for osteochondral and cartilage tissue engineering. Acta Biomaterialia. 57, 1-25 (2017).
- Bejleri, D., Davis, M. E. Decellularized extracellular matrix materials for cardiac repair and regeneration. Advanced Healthcare Materials. 8 (5), e1801217 (2019).
- Brown, M., Li, J., Moraes, C., Tabrizian, M., Li-Jessen, N. Y. K. Decellularized extracellular matrix: New promising and challenging biomaterials for regenerative medicine. Biomaterials. 289, 121786 (2022).
- Barbulescu, G. I., et al. Decellularized extracellular matrix scaffolds for cardiovascular tissue engineering: Current techniques and challenges. International Journal of Molecular Sciences. 23 (21), 13040 (2022).
- Zhang, W., Du, A., Liu, S., Lv, M., Chen, S. Research progress in decellularized extracellular matrix-derived hydrogels. Regenerative Therapy. 18, 88-96 (2021).
- Zhu, W., et al. Cell-derived decellularized extracellular matrix scaffolds for articular cartilage repair. International Journal of Artificial Organs. 44 (4), 269-281 (2021).
- Li, T., Javed, R., Ao, Q. Xenogeneic decellularized extracellular matrix-based biomaterials for peripheral nerve repair and regeneration. Current Neuropharmacology. 19 (12), 2152-2163 (2021).
- Xia, C., et al. Decellularized cartilage as a prospective scaffold for cartilage repair. Materials Science & Engineering C-Materials for Biological Applications. 101, 588-595 (2019).
- Chen, P., et al. Desktop-stereolithography 3D printing of a radially oriented extracellular matrix/mesenchymal stem cell exosome bioink for osteochondral defect regeneration. Theranostics. 9 (9), 2439-2459 (2019).
- Saldin, L. T., Cramer, M. C., Velankar, S. S., White, L. J., Badylak, S. F. Extracellular matrix hydrogels from decellularized tissues: Structure and function. Acta Biomaterialia. 49, 1-15 (2017).
- Yuan, X., et al. Stem cell delivery in tissue-specific hydrogel enabled meniscal repair in an orthotopic rat model. Biomaterials. 132, 59-71 (2017).
- Zheng, L., et al. Intensified stiffness and photodynamic provocation in a collagen-based composite hydrogel drive chondrogenesis. Advanced Science. 6 (16), 1900099 (2019).
- Young, J. L., Holle, A. W., Spatz, J. P.Nanoscale and mechanical properties of the physiological cell-ECM microenvironment. Experimental Cell Research. 343 (1), 3-6 (2016).
- Abdolghafoorian, H., et al. Effect of heart valve decellularization on xenograft rejection. Experimental and Clinical Transplantation. 15 (3), 329-336 (2017).
