تخليق الهلاميات المائية مصفوفة الغضروف خارج الخلية
Summary
يقدم هذا البحث طريقة جديدة لتخليق الهلاميات المائية للمصفوفة خارج الخلية الغضروفية (DC-ECM). تتمتع الهلاميات المائية DC-ECM بتوافق حيوي ممتاز وتوفر بيئة دقيقة فائقة لنمو الخلايا. لذلك ، يمكن أن تكون سقالات خلوية مثالية وأنظمة توصيل بيولوجية.
Abstract
تعد الهلاميات المائية للمصفوفة الغضروفية خارج الخلية (DC-ECM) مواد حيوية واعدة لهندسة الأنسجة والطب التجديدي نظرا لتوافقها الحيوي وقدرتها على تقليد خصائص الأنسجة الطبيعية. يهدف هذا البروتوكول إلى إنتاج الهلاميات المائية DC-ECM التي تحاكي عن كثب ECM الأصلي لأنسجة الغضاريف. يتضمن البروتوكول مزيجا من الاضطراب الفيزيائي والكيميائي والهضم الأنزيمي لإزالة المواد الخلوية مع الحفاظ على بنية وتكوين ECM. يتم ربط DC-ECM باستخدام عامل كيميائي لتشكيل هيدروجيل مستقر ونشط بيولوجيا. يتميز هيدروجيل DC-ECM بنشاط بيولوجي ممتاز ، وهيكل مكاني ، ووظيفة تحريض بيولوجي ، فضلا عن انخفاض المناعة. هذه الخصائص مفيدة في تعزيز التصاق الخلايا وتكاثرها وتمايزها وهجرتها ولخلق بيئة دقيقة فائقة لنمو الخلايا. يوفر هذا البروتوكول موردا قيما للباحثين والأطباء في مجال هندسة الأنسجة. يمكن أن تعزز الهلاميات المائية المحاكية بيولوجيا تطوير استراتيجيات فعالة لهندسة الأنسجة لإصلاح الغضروف وتجديده.
Introduction
هندسة أنسجة الغضاريف هي مجال سريع التطور يسعى إلى تجديد أنسجة الغضاريف التالفة أو المريضة1. يتمثل أحد التحديات الرئيسية في هذا المجال في تطوير سقالات محاكاة حيوية يمكنها دعم نمو وتمايز الخلايا الغضروفية ، وهي الخلايا المسؤولة عن إنتاج الغضروف2. يلعب ECM لأنسجة الغضاريف دورا مهما في تنظيم سلوك الخلايا الغضروفية. DC-ECM هو سقالة فعالة لتطبيقات هندسة الأنسجة3.
تم تطوير عدد من التقنيات لإنتاج DC-ECM من أنسجة الغضاريف ، بما في ذلك الطرق الكيميائية والأنزيمية والفيزيائية. ومع ذلك ، غالبا ما تؤدي هذه الطرق إلى توليد الهلاميات المائية ECM التي لا تحاكي حيويا بشكل كاف ، مما يحد من إمكانية استخدامها في تطبيقات هندسة الأنسجة 4,5. وبالتالي ، هناك حاجة إلى طريقة أكثر فعالية لإنتاج الهلاميات المائية DC-ECM.
يعد تطوير هذه التقنية أمرا مهما لأنه يمكن أن يطور مجال هندسة الأنسجة من خلال توفير نهج جديد لإنشاء سقالات محاكاة حيوية يمكنها دعم تجديد الأنسجة وإصلاحها. علاوة على ذلك ، يمكن تكييف هذه التقنية بسهولة لإنتاج الهلاميات المائية ECM من الأنسجة الأخرى ، وبالتالي توسيع تطبيقاتها المحتملة.
في المجموعة الأوسع من الأدبيات ، كان هناك اهتمام متزايد باستخدام DC-ECM كسقالة لتطبيقات هندسة الأنسجة6. أظهرت العديد من الدراسات فعالية الهلاميات المائية DC-ECM في تعزيز نمو الخلايا والتمايز في الأنسجة المختلفة ، بما في ذلك الغضروف 7,8. لذلك ، فإن تطوير بروتوكول لإنتاج الهلاميات المائية DC-ECM التي تحاكي عن كثب ECM الطبيعي لأنسجة الغضاريف هو مساهمة كبيرة في هذا المجال.
يعالج البروتوكول المقدم في هذه الورقة هذه الحاجة من خلال توفير طريقة جديدة لإنتاج الهلاميات المائية DC-ECM التي تحاكي عن كثب ECM الطبيعي لأنسجة الغضاريف. يتضمن البروتوكول إزالة الخلايا من أنسجة الغضاريف ، وعزل ECM الناتج ، وإنشاء هيدروجيل عن طريق ربط ECM ببوليمر متوافق حيويا. أظهر الهيدروجيل الناتج نتائج واعدة في دعم نمو وتمايز الخلايا الغضروفية.
Protocol
Representative Results
Discussion
يوفر هذا البروتوكول نهجا منهجيا لإعداد الهلاميات المائية خارج الخلية للغضروف المنزوعة الخلايا والتي تحاكي عن كثب ECM الأصلي لأنسجة الغضاريف. يتضمن البروتوكول مزيجا من الاضطراب الفيزيائي والكيميائي والأنزيمي لإزالة المواد الخلوية مع الحفاظ على بنية وتكوين ECM. تشمل الخطوات الحاسمة للبروت?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم رعاية هذا العمل من قبل خطة الطب والتكنولوجيا الصحية لمقاطعة تشجيانغ (2019KY050) ، وخطة علوم وتكنولوجيا الطب الصيني التقليدي لمقاطعة تشجيانغ (2019ZA026) ، وخطة البحث والتطوير الرئيسية في مقاطعة تشجيانغ (المنحة رقم 2020C03043) ، وخطة علوم وتكنولوجيا الطب الصيني التقليدي لمقاطعة تشجيانغ (2021ZQ021) ، ومؤسسة العلوم الطبيعية لمقاطعة تشجيانغ الصينية (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).
