Синтез гидрогелей внеклеточного матрикса децеллюляризованного хряща
Summary
В данной работе представлен новый метод синтеза гидрогелей децеллюляризованного хрящевого внеклеточного матрикса (DC-ECM). Гидрогели DC-ECM обладают отличной биосовместимостью и обеспечивают превосходное микроокружение для роста клеток. Поэтому они могут быть идеальными клеточными каркасами и системами биологической доставки.
Abstract
Гидрогели децеллюляризованного хрящевого внеклеточного матрикса (DC-ECM) являются перспективными биоматериалами для тканевой инженерии и регенеративной медицины благодаря своей биосовместимости и способности имитировать естественные свойства тканей. Этот протокол направлен на получение гидрогелей DC-ECM, которые точно имитируют нативную ECM хрящевой ткани. Протокол включает в себя комбинацию физического и химического разрушения и ферментативного расщепления для удаления клеточного материала с сохранением структуры и состава ECM. DC-ECM сшивается с помощью химического агента с образованием стабильного и биологически активного гидрогеля. Гидрогель DC-ECM обладает отличной биологической активностью, пространственной структурой и функцией биологической индукции, а также низкой иммуногенностью. Эти характеристики полезны для стимулирования клеточной адгезии, пролиферации, дифференцировки и миграции, а также для создания превосходной микросреды для роста клеток. Этот протокол является ценным ресурсом для исследователей и клиницистов в области тканевой инженерии. Биомиметические гидрогели потенциально могут способствовать разработке эффективных стратегий тканевой инженерии для восстановления и регенерации хряща.
Introduction
Инженерия хрящевой ткани является быстро развивающейся областью, направленной на регенерацию поврежденной или больной хрящевой ткани1. Одной из ключевых задач в этой области является разработка биомиметических каркасов, которые могут поддерживать рост и дифференцировку хондроцитов, клеток, ответственных за производство хряща. ВКМ хрящевой ткани играет важнейшую роль в регуляции поведения хондроцитов. DC-ECM является эффективным каркасом для применения в тканевой инженерии3.
Для получения DC-ECM из хрящевой ткани был разработан ряд методов, включая химический, ферментативный и физический методы. Однако эти методы часто приводят к получению гидрогелей ECM, которые недостаточно биомиметичны, что ограничивает их потенциал для использования в тканевой инженерии 4,5. Таким образом, возникает необходимость в более эффективном способе получения гидрогелей DC-ECM.
Разработка этого метода важна, потому что он может продвинуть вперед область тканевой инженерии, обеспечивая новый подход к созданию биомиметических каркасов, которые могут поддерживать регенерацию и восстановление тканей. Кроме того, эта технология может быть легко адаптирована для производства гидрогелей ECM из других тканей, тем самым расширяя возможности ее применения.
В более широкой литературе наблюдается растущий интерес к использованию DC-ECM в качестве каркаса для приложений тканевойинженерии 6. Многочисленные исследования продемонстрировали эффективность гидрогелей DC-ECM в стимулировании роста и дифференцировки клеток в различных тканях, включая хрящ 7,8. Поэтому разработка протокола получения гидрогелей DC-ECM, которые точно имитируют естественную ECM хрящевой ткани, является значительным вкладом в эту область.
Протокол, представленный в этой статье, удовлетворяет эту потребность, предоставляя новый метод получения гидрогелей DC-ECM, которые точно имитируют естественную ECM хрящевой ткани. Протокол включает в себя децеллюляризацию хрящевой ткани, выделение полученной ВКМ и создание гидрогеля путем сшивания ВКМ биосовместимым полимером. Полученный гидрогель показал многообещающие результаты в поддержке роста и дифференцировки хондроцитов.
Protocol
Representative Results
Discussion
Данный протокол обеспечивает системный подход к получению децеллюляризованных хрящевых внеклеточных матриксных гидрогелей, которые точно имитируют нативную ВКМ хрящевой ткани. Протокол включает в себя комбинацию физических, химических и ферментативных нарушений для удаления клето…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была спонсирована Планом по медицине и технологиям здравоохранения провинции Чжэцзян (2019KY050), Научно-техническим планом традиционной китайской медицины провинции Чжэцзян (2019ZA026), Ключевым планом исследований и разработок в провинции Чжэцзян (грант No 2020C03043), Научно-техническим планом традиционной китайской медицины провинции Чжэцзян (2021ZQ021) и Фондом естественных наук провинции Чжэцзян Китая (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).
