Decellularize Kıkırdak Hücre Dışı Matriks Hidrojellerinin Sentezi
Summary
Bu makale, hücresellikten arındırılmış kıkırdak hücre dışı matriks (DC-ECM) hidrojellerinin sentezi için yeni bir yöntem sunmaktadır. DC-ECM hidrojelleri mükemmel biyouyumluluğa sahiptir ve hücre büyümesi için üstün bir mikro ortam sağlar. Bu nedenle, ideal hücre iskeleleri ve biyolojik dağıtım sistemleri olabilirler.
Abstract
Hücresellikten arındırılmış kıkırdak hücre dışı matriks (DC-ECM) hidrojelleri, biyouyumlulukları ve doğal doku özelliklerini taklit etme yetenekleri nedeniyle doku mühendisliği ve rejeneratif tıp için umut verici biyomalzemelerdir. Bu protokol, kıkırdak dokusunun doğal ECM’sini yakından taklit eden DC-ECM hidrojelleri üretmeyi amaçlamaktadır. Protokol, ECM’nin yapısını ve bileşimini korurken hücresel materyali uzaklaştırmak için fiziksel ve kimyasal bozulma ve enzimatik sindirimin bir kombinasyonunu içerir. DC-ECM, stabil ve biyolojik olarak aktif bir hidrojel oluşturmak için kimyasal bir ajan kullanılarak çapraz bağlanır. DC-ECM hidrojel, mükemmel biyolojik aktiviteye, uzamsal yapıya ve biyolojik indüksiyon işlevine ve ayrıca düşük immünojenisiteye sahiptir. Bu özellikler, hücre yapışmasını, çoğalmasını, farklılaşmasını ve göçünü teşvik etmede ve hücre büyümesi için üstün bir mikro ortam oluşturmada faydalıdır. Bu protokol, doku mühendisliği alanındaki araştırmacılar ve klinisyenler için değerli bir kaynak sağlar. Biyomimetik hidrojeller, kıkırdak onarımı ve rejenerasyonu için etkili doku mühendisliği stratejilerinin geliştirilmesini potansiyel olarak artırabilir.
Introduction
Kıkırdak doku mühendisliği, hasarlı veya hastalıklı kıkırdak dokusunu yeniden oluşturmayı amaçlayan hızla gelişen bir alandır1. Bu alandaki en önemli zorluklardan biri, kıkırdak2 üretmekten sorumlu hücreler olan kondrositlerin büyümesini ve farklılaşmasını destekleyebilecek biyomimetik iskelelerin geliştirilmesidir. Kıkırdak dokusunun ECM’si, kondrositlerin davranışını düzenlemede kritik bir rol oynar. DC-ECM, doku mühendisliği uygulamaları için etkili bir iskeledir3.
Kıkırdak dokusundan DC-ECM üretmek için kimyasal, enzimatik ve fiziksel yöntemler dahil olmak üzere bir dizi teknik geliştirilmiştir. Bununla birlikte, bu yöntemler genellikle yeterince biyomimetik olmayan ECM hidrojellerinin üretilmesine neden olur ve bu da doku mühendisliği uygulamalarında kullanım potansiyellerini sınırlar 4,5. Bu nedenle, DC-ECM hidrojelleri üretmek için daha etkili bir yönteme ihtiyaç vardır.
Bu tekniğin geliştirilmesi önemlidir, çünkü doku yenilenmesini ve onarımını destekleyebilecek biyomimetik iskeleler oluşturmak için yeni bir yaklaşım sağlayarak doku mühendisliği alanını ilerletebilir. Ayrıca, bu teknik, diğer dokulardan ECM hidrojelleri üretmek için kolayca uyarlanabilir ve böylece potansiyel uygulamalarını genişletebilir.
Daha geniş literatürde, DC-ECM’nin doku mühendisliği uygulamaları için bir iskele olarak kullanılmasına artan bir ilgi vardır6. Çok sayıda çalışma, DC-ECM hidrojellerinin kıkırdak 7,8 dahil olmak üzere çeşitli dokularda hücre büyümesini ve farklılaşmasını teşvik etmedeki etkinliğini göstermiştir. Bu nedenle, kıkırdak dokusunun doğal ECM’sini yakından taklit eden DC-ECM hidrojellerinin üretilmesi için bir protokolün geliştirilmesi, alana önemli bir katkıdır.
Bu yazıda sunulan protokol, kıkırdak dokusunun doğal ECM’sini yakından taklit eden DC-ECM hidrojellerinin üretilmesi için yeni bir yöntem sağlayarak bu ihtiyacı karşılamaktadır. Protokol, kıkırdak dokusunun hücrelerden arındırılmasını, elde edilen ECM’nin izole edilmesini ve ECM’nin biyouyumlu bir polimerle çapraz bağlanmasıyla bir hidrojel oluşturulmasını içerir. Elde edilen hidrojel, kondrositlerin büyümesini ve farklılaşmasını desteklemede umut verici sonuçlar göstermiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokol, kıkırdak dokusunun doğal ECM’sini yakından taklit eden hücreden arındırılmış kıkırdak hücre dışı matriks hidrojellerinin hazırlanması için sistematik bir yaklaşım sağlar. Protokol, ECM’nin yapısını ve bileşimini korurken hücresel materyali uzaklaştırmak için fiziksel, kimyasal ve enzimatik bozulmanın bir kombinasyonunu içerir. Protokolün kritik adımları, hücreden arındırma süresinin ve yöntemlerinin ayarlanmasını ve tam hücreden arındırmanın sağlanmasını içer…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Zhejiang Eyaleti Tıp ve Sağlık Teknolojisi Planı (2019KY050), Zhejiang Eyaleti Geleneksel Çin Tıbbı Bilim ve Teknoloji Planı (2019ZA026), Zhejiang Eyaletindeki Temel Araştırma ve Geliştirme Planı (Hibe No.2020C03043), Zhejiang Eyaleti Geleneksel Çin Tıbbı Bilim ve Teknoloji Planı (2021ZQ021) ve Çin Zhejiang Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı (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).
