Synthese van gedecellulariseerde kraakbeen extracellulaire matrix hydrogels
Summary
Dit artikel introduceert een nieuwe methode voor de synthese van gedecellulariseerde kraakbeen extracellulaire matrix (DC-ECM) hydrogels. DC-ECM-hydrogels hebben een uitstekende biocompatibiliteit en bieden een superieure micro-omgeving voor celgroei. Daarom kunnen ze ideale celsteigers en biologische afgiftesystemen zijn.
Abstract
Gedecellulariseerde kraakbeen extracellulaire matrix (DC-ECM) hydrogels zijn veelbelovende biomaterialen voor weefselmanipulatie en regeneratieve geneeskunde vanwege hun biocompatibiliteit en het vermogen om natuurlijke weefseleigenschappen na te bootsen. Dit protocol heeft tot doel DC-ECM-hydrogels te produceren die de natuurlijke ECM van kraakbeenweefsel nauw nabootsen. Het protocol omvat een combinatie van fysische en chemische verstoring en enzymatische vertering om het celmateriaal te verwijderen met behoud van de structuur en samenstelling van de ECM. De DC-ECM wordt verknoopt met behulp van een chemisch middel om een stabiele en biologisch actieve hydrogel te vormen. De DC-ECM-hydrogel heeft een uitstekende biologische activiteit, ruimtelijke structuur en biologische inductiefunctie, evenals een lage immunogeniciteit. Deze eigenschappen zijn gunstig voor het bevorderen van celadhesie, proliferatie, differentiatie en migratie en voor het creëren van een superieure micro-omgeving voor celgroei. Dit protocol biedt een waardevolle bron voor onderzoekers en clinici op het gebied van weefselmanipulatie. Biomimetische hydrogels kunnen mogelijk de ontwikkeling van effectieve weefselmanipulatiestrategieën voor kraakbeenherstel en -regeneratie bevorderen.
Introduction
Kraakbeenweefselmanipulatie is een zich snel ontwikkelend vakgebied dat tot doel heeft beschadigd of ziek kraakbeenweefsel te regenereren1. Een belangrijke uitdaging op dit gebied is de ontwikkeling van biomimetische steigers die de groei en differentiatie van chondrocyten, de cellen die verantwoordelijk zijn voor de productie van kraakbeen, kunnen ondersteunen. De ECM van kraakbeenweefsel speelt een cruciale rol bij het reguleren van het gedrag van chondrocyten. DC-ECM is een effectieve steiger voor weefselmanipulatietoepassingen3.
Er zijn een aantal technieken ontwikkeld om DC-ECM uit kraakbeenweefsel te produceren, waaronder chemische, enzymatische en fysische methoden. Deze methoden resulteren echter vaak in het genereren van ECM-hydrogels die onvoldoende biomimetisch zijn, wat hun potentieel voor gebruik in weefselmanipulatietoepassingen beperkt 4,5. Er is dus behoefte aan een effectievere methode voor het produceren van DC-ECM-hydrogels.
De ontwikkeling van deze techniek is belangrijk omdat het het gebied van weefselmanipulatie vooruit kan helpen door een nieuwe benadering te bieden voor het creëren van biomimetische steigers die weefselregeneratie en -herstel kunnen ondersteunen. Bovendien zou deze techniek gemakkelijk kunnen worden aangepast om ECM-hydrogels uit andere weefsels te produceren, waardoor de potentiële toepassingen ervan worden uitgebreid.
In de bredere literatuur is er een groeiende belangstelling voor het gebruik van DC-ECM als steiger voor weefselmanipulatietoepassingen6. Talrijke studies hebben de effectiviteit van DC-ECM-hydrogels aangetoond bij het bevorderen van celgroei en differentiatie in verschillende weefsels, waaronder kraakbeen 7,8. Daarom is de ontwikkeling van een protocol voor het produceren van DC-ECM-hydrogels die de natuurlijke ECM van kraakbeenweefsel nauw nabootsen, een belangrijke bijdrage aan het veld.
Het protocol dat in dit artikel wordt gepresenteerd, komt in deze behoefte tegemoet door een nieuwe methode te bieden voor het produceren van DC-ECM-hydrogels die de natuurlijke ECM van kraakbeenweefsel nauw nabootsen. Het protocol omvat het decellulariseren van kraakbeenweefsel, het isoleren van de resulterende ECM en het creëren van een hydrogel door de ECM te verknopen met een biocompatibel polymeer. De resulterende hydrogel heeft veelbelovende resultaten laten zien bij het ondersteunen van de groei en differentiatie van chondrocyten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit protocol biedt een systematische aanpak voor de bereiding van gedecellulariseerde kraakbeen extracellulaire matrix hydrogels die de natuurlijke ECM van kraakbeenweefsel nauw nabootsen. Het protocol omvat een combinatie van fysische, chemische en enzymatische verstoring om cellulair materiaal te verwijderen met behoud van de structuur en samenstelling van de ECM. De kritieke stappen van het protocol omvatten het aanpassen van de decellularisatietijd en -methoden en het zorgen voor volledige decellularisatie.
<p cl…Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesponsord door het Medicine and Health Technology Plan van de provincie Zhejiang (2019KY050), het Traditional Chinese Medicine Science and Technology Plan van de provincie Zhejiang (2019ZA026), het Key Research and Development Plan in de provincie Zhejiang (subsidie nr. 2020C03043), het Traditional Chinese Medicine Science and Technology Plan van de provincie Zhejiang (2021ZQ021) en de 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 |
Riferimenti
- 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).
