Syntes av decellulariserade extracellulära matrishydrogeler för brosk
Summary
Denna artikel introducerar en ny metod för syntes av decellulariserade broskhydrogeler (DC-ECM). DC-ECM-hydrogeler har utmärkt biokompatibilitet och ger en överlägsen mikromiljö för celltillväxt. Därför kan de vara idealiska cellställningar och biologiska leveranssystem.
Abstract
Decellulariserade broskhydrogeler (DC-ECM) är lovande biomaterial för vävnadsteknik och regenerativ medicin på grund av deras biokompatibilitet och förmåga att efterlikna naturliga vävnadsegenskaper. Detta protokoll syftar till att producera DC-ECM-hydrogeler som nära efterliknar den ursprungliga ECM i broskvävnad. Protokollet innebär en kombination av fysikalisk och kemisk störning och enzymatisk nedbrytning för att avlägsna det cellulära materialet samtidigt som ECM:s struktur och sammansättning bevaras. DC-ECM tvärbinds med hjälp av ett kemiskt medel för att bilda en stabil och biologiskt aktiv hydrogel. DC-ECM-hydrogelen har utmärkt biologisk aktivitet, rumslig struktur och biologisk induktionsfunktion, samt låg immunogenicitet. Dessa egenskaper är fördelaktiga för att främja cellvidhäftning, proliferation, differentiering och migration och för att skapa en överlägsen mikromiljö för celltillväxt. Detta protokoll utgör en värdefull resurs för forskare och kliniker inom vävnadsteknik. Biomimetiska hydrogeler kan potentiellt förbättra utvecklingen av effektiva vävnadstekniska strategier för broskreparation och regenerering.
Introduction
Broskvävnadsteknik är ett snabbt växande område som syftar till att regenerera skadad eller sjuk broskvävnad1. En viktig utmaning inom detta område är utvecklingen av biomimetiska strukturer som kan stödja tillväxt och differentiering av kondrocyter, cellerna som ansvarar för att producera brosk2. ECM i broskvävnad spelar en avgörande roll för att reglera kondrocyternas beteende. DC-ECM är en effektiv ställning för vävnadstekniska tillämpningar3.
Ett antal tekniker har utvecklats för att producera DC-ECM från broskvävnad, inklusive kemiska, enzymatiska och fysikaliska metoder. Dessa metoder resulterar dock ofta i generering av ECM-hydrogeler som inte är tillräckligt biomimetiska, vilket begränsar deras potential för användning i vävnadstekniska tillämpningar 4,5. Det finns därför ett behov av en effektivare metod för att producera DC-ECM-hydrogeler.
Utvecklingen av denna teknik är viktig eftersom den kan främja området vävnadsteknik genom att tillhandahålla ett nytt tillvägagångssätt för att skapa biomimetiska strukturer som kan stödja vävnadsregenerering och reparation. Dessutom kan denna teknik lätt anpassas för att producera ECM-hydrogeler från andra vävnader och därigenom utöka dess potentiella tillämpningar.
I den bredare litteraturen har det funnits ett växande intresse för att använda DC-ECM som en byggnadsställning för vävnadstekniska tillämpningar6. Många studier har visat effektiviteten hos DC-ECM-hydrogeler för att främja celltillväxt och differentiering i olika vävnader, inklusive brosk 7,8. Därför är utvecklingen av ett protokoll för att producera DC-ECM-hydrogeler som nära efterliknar den naturliga ECM i broskvävnad ett betydande bidrag till fältet.
Protokollet som presenteras i denna artikel tillgodoser detta behov genom att tillhandahålla en ny metod för att producera DC-ECM-hydrogeler som nära efterliknar den naturliga ECM i broskvävnad. Protokollet innebär att man decellulariserar broskvävnad, isolerar den resulterande ECM och skapar en hydrogel genom att tvärbinda ECM med en biokompatibel polymer. Den resulterande hydrogelen har visat lovande resultat när det gäller att stödja tillväxt och differentiering av kondrocyter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Detta protokoll ger ett systematiskt tillvägagångssätt för framställning av decellulariserade extracellulära broskhydrogeler som nära efterliknar den ursprungliga ECM i broskvävnad. Protokollet innebär en kombination av fysiska, kemiska och enzymatiska störningar för att avlägsna cellulärt material samtidigt som ECM:s struktur och sammansättning bevaras. Protokollets kritiska steg inkluderar justering av decellulariseringstiden och metoderna och säkerställande av fullständig decellularisering.
<p cla…Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete sponsrades av medicin- och hälsoteknikplanen för Zhejiang-provinsen (2019KY050), den traditionella kinesiska medicinvetenskaps- och teknikplanen för Zhejiang-provinsen (2019ZA026), den viktiga forsknings- och utvecklingsplanen i Zhejiang-provinsen (anslag nr 2020C03043), den traditionella kinesiska medicinens vetenskaps- och teknikplan för Zhejiang-provinsen (2021ZQ021) och 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).
