סינתזה של הידרוג'לים מטריצה חוץ-תאית סחוס דה-תאי
Summary
מאמר זה מציג שיטה חדשה לסינתזה של הידרוג’לים חוץ-תאיים של מטריצה חוץ-תאית של סחוס דה-צלולרי (DC-ECM). להידרוג’ל DC-ECM יש תאימות ביולוגית מצוינת והם מספקים מיקרו-סביבה מעולה לצמיחת תאים. לכן, הם יכולים להיות פיגומים תאים אידיאליים ומערכות העברה ביולוגיות.
Abstract
הידרוג’לים של מטריצה חוץ-תאית לסחוס דה-תאי (DC-ECM) הם ביו-חומרים מבטיחים להנדסת רקמות ולרפואה רגנרטיבית בשל התאימות הביולוגית שלהם ויכולתם לחקות תכונות רקמות טבעיות. פרוטוקול זה נועד לייצר הידרוג’לים DC-ECM המחקים באופן הדוק את ה- ECM המקורי של רקמת הסחוס. הפרוטוקול כולל שילוב של שיבוש פיזיקלי וכימי ועיכול אנזימטי לסילוק החומר התאי תוך שמירה על המבנה וההרכב של ה-ECM. DC-ECM מקושר באמצעות חומר כימי ליצירת הידרוג’ל יציב ופעיל ביולוגית. להידרוג’ל DC-ECM פעילות ביולוגית מצוינת, מבנה מרחבי ופונקציית אינדוקציה ביולוגית, כמו גם אימונוגניות נמוכה. מאפיינים אלה מועילים בקידום הידבקות תאים, התרבות, התמיינות ונדידה וליצירת מיקרו-סביבה מעולה לצמיחת תאים. פרוטוקול זה מספק משאב רב ערך לחוקרים וקלינאים בתחום הנדסת הרקמות. הידרוג’לים ביומימטיים יכולים לשפר את הפיתוח של אסטרטגיות יעילות להנדסת רקמות לתיקון והתחדשות סחוס.
Introduction
הנדסת רקמת סחוס היא תחום המתפתח במהירות המבקש לחדש רקמת סחוס פגועה או חולה1. אחד האתגרים המרכזיים בתחום זה הוא פיתוח פיגומים ביומימטיים שיכולים לתמוך בגדילה ובהתמיינות של כונדרוציטים, התאים האחראים לייצור סחוס2. ECM של רקמת הסחוס משחק תפקיד קריטי בוויסות ההתנהגות של chondrocytes. DC-ECM הוא פיגום יעיל ליישומי הנדסת רקמות3.
מספר טכניקות פותחו לייצור DC-ECM מרקמת סחוס, כולל שיטות כימיות, אנזימטיות ופיזיקליות. עם זאת, שיטות אלה גורמות לעתים קרובות לייצור הידרוג’לים ECM שאינם ביומימטיים מספיק, מה שמגביל את הפוטנציאל שלהם לשימוש ביישומי הנדסת רקמות 4,5. לכן, יש צורך בשיטה יעילה יותר לייצור הידרוג’לים DC-ECM.
הפיתוח של טכניקה זו חשוב מכיוון שהיא יכולה לקדם את תחום הנדסת הרקמות על ידי מתן גישה חדשה ליצירת פיגומים ביומימטיים שיכולים לתמוך בהתחדשות רקמות ותיקונן. יתר על כן, טכניקה זו יכולה להיות מותאמת בקלות לייצור הידרוג’ל ECM מרקמות אחרות, ובכך להרחיב את היישומים הפוטנציאליים שלה.
בגוף הספרות הרחב יותר, יש עניין גובר בשימוש ב- DC-ECM כפיגום ליישומי הנדסת רקמות6. מחקרים רבים הוכיחו את יעילותם של הידרוג’לים DC-ECM בקידום גדילת תאים והתמיינותם ברקמות שונות, כולל סחוס 7,8. לכן, פיתוח פרוטוקול לייצור הידרוג’ל DC-ECM המחקה באופן הדוק את ה-ECM הטבעי של רקמת הסחוס הוא תרומה משמעותית לתחום.
הפרוטוקול המוצג במאמר זה עונה על צורך זה על ידי מתן שיטה חדשנית לייצור הידרוג’לים DC-ECM המחקים באופן הדוק את ה- ECM הטבעי של רקמת הסחוס. הפרוטוקול כולל דה-צלולריזציה של רקמת הסחוס, בידוד ה-ECM המתקבל ויצירת הידרוג’ל על ידי קישור צולב של ה-ECM עם פולימר תואם ביולוגית. ההידרוג’ל שהתקבל הראה תוצאות מבטיחות בתמיכה בצמיחה ובהתמיינות של כונדרוציטים.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה מספק גישה שיטתית להכנת הידרוג’לים מטריקס חוץ-תאיים של סחוס דה-צלולרי המחקים באופן הדוק את ה-ECM המקורי של רקמת הסחוס. הפרוטוקול כולל שילוב של הפרעה פיזיקלית, כימית ואנזימטית לסילוק חומר תאי תוך שמירה על המבנה וההרכב של ECM. השלבים הקריטיים של הפרוטוקול כוללים התאמת זמן ושיטות הדה-?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומנה על ידי תוכנית הרפואה וטכנולוגיית הבריאות של מחוז ג’ג’יאנג (2019KY050), תוכנית המדע והטכנולוגיה של הרפואה הסינית המסורתית של מחוז ג’ג’יאנג (2019ZA026), תוכנית המחקר והפיתוח המרכזית במחוז ג’ג’יאנג (מענק מס ‘2020C03043), תוכנית המדע והטכנולוגיה של הרפואה הסינית המסורתית של מחוז ג’ג’יאנג (2021ZQ021), והקרן למדעי הטבע של מחוז ג’ג’יאנג של סין (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).
