Weichgeweberegeneration in einer zellfreien Gerüstmikroumgebung

Weichgeweberegeneration in einer zellfreien Gerüstmikroumgebung

In einem neuen Bericht jetzt veröffentlicht am Wissenschaftliche Berichte, Irini Gerges und ein Team von Wissenschaftlern in Italien und den USA untersuchten die Bedeutung biomechanischer und biochemischer Hinweise, um Kulturbedingungen zu schaffen, die für dreidimensionale (3D) regenerative Mikroumgebungen und Weichgewebebildung geeignet sind. Das Team beobachtete Veränderungen der Adipogenese relativ zu den mechanischen 3D-Eigenschaften und erzeugte einen Gradienten dreidimensionaler Mikroumgebungen mit unterschiedlichen Steifigkeiten. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Zunahme des Fettgewebeanteils bei gleichzeitiger Abnahme der Steifigkeit der mechanischen 3D-Mikroumgebung. Sie verglichen diesen mechanischen Konditionierungseffekt mit der biochemischen Regulation, indem sie die extrazelluläre Umgebung mit einem biologischen Stimulans beladen. Die Ergebnisse zeigten, dass die mechanische und biochemische Konditionierung ausreichend ist, um die Adipogenese zu fördern und den Gewebeumbau zu beeinflussen. Die Arbeit kann neue Wege eröffnen, um 3D-Gerüste zu entwerfen, um Mikroumgebungen zu bilden, die große Mengen an Weich- und Fettgewebe regenerieren, um praktische und direkte Auswirkungen auf die rekonstruktive und kosmetische Chirurgie zu haben.

Weichteilrekonstruktion

Ansätze zur Rekonstruktion des Weichgewebes hängen von inerten Füllstoffen oder autologen Transplantaten ab; Daher besteht ein ungedeckter klinischer Bedarf an wirksamen Lösungen zur Wiederherstellung von Weichgeweben nach einer Operation. Zellfreie gerüstbasierte Ansätze sind aufgrund ihrer Biokompatibilität, Anpassungsfähigkeit an Zielgewebe, Kosteneffizienz und Einhaltung internationaler Herstellungsstandards eine vielversprechende Lösung. Synthetische Gerüste sind eine skalierbare klinische Lösung, da sie regulatorische und Herstellungshürden im Vergleich zu zellbasierten Therapien vermeiden können. Dreidimensionale (3D) Scaffolds zur Regeneration klinisch relevanter Weichteilvolumina haben auf klinischer Ebene erhebliche Fortschritte gemacht, wie dies bei medizinischen Scaffolds zu sehen ist. Einschränkungen des Materials resultieren aus der hohen lokalen Steifigkeit der Polymerfilamente gegenüber dem Zielgewebe. Es ist daher wichtig, spezifische Gerüste für die Regeneration von Fettgewebe zu entwickeln, um biomechanische Signale zu regulieren, um geeignete Zell- und Biomaterialinteraktionen zu erreichen, die für die Adipogenese grundlegend sind. Das Team befasste sich mit Schlüsselfaktoren der biologischen Leistung von vernetzten porösen Biomaterialien auf Polyurethanbasis als Gerüste für die Weichgeweberegeneration, indem es sich auf die Rolle der Polymerchemie und der Mikroarchitektur konzentrierte. In dieser Arbeit haben Gerges et al. modifizierten die Zusammensetzung von Polyestertriolsegmenten, um einen Gradienten poröser Gerüste zu synthetisieren, die ähnliche physikalisch-chemische und morphologische Eigenschaften mit unterschiedlichen Substratsteifigkeiten aufweisen, um den Einfluss mechanischer Signale auf die Adipogenese zu verstehen.

Weichgeweberegeneration in einer zellfreien Gerüstmikroumgebung Die experimente

Die Wissenschaftler verbesserten die regenerative Mikroumgebung durch die Verwendung eines Gerüsts, das mit einem Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptoragonisten Rosiglitazon beladen war, um die Adipozytendifferenzierung zu induzieren. Sie untersuchten den Einfluss der mechanischen Umgebung auf die In-vivo-Leistung eines Gerüsts durch Feinabstimmung der mechanischen Eigenschaften des Gerüsts, ohne die verbleibenden physikalisch-chemischen Eigenschaften zu verändern. Durch Variation des Vernetzungsgrades, der Porendimension und des Verhältnisses der harten und weichen Segmente, die die makromolekulare Struktur zusammenhalten, regulierte das Team die mechanischen Eigenschaften eines vernetzten Polyurethanschaums. Gergeset al. konzentrierte sich dann auf den Kristallinitätsgrad der weichen Segmente und hielt das Verhältnis zwischen Initiator und Monomer konstant, um das gleiche durchschnittliche Molekulargewicht der Materialien beizubehalten. Nach Durchführung von Kompressionstests an den drei Versionen von Gerüstformulierungen änderte das Team das Verhältnis zwischen amorphen und kristallinen Domänen der Polyester, um erfolgreich drei Arten von Gerüstformulierungen zu erhalten. Die Forscher behandelten alle Gerüste in dieser Studie mit Poly-L-Lysin, um die Zelladhäsion auf den Materialoberflächen für unspezifische Zell-Biomaterial-Interaktionen zu fördern.

Weichgeweberegeneration in einer zellfreien Gerüstmikroumgebung

Die Funktion des Gerüstmaterials verstehen

Nach der Implementierung der Gerüste in Tiermodellen beobachteten die Wissenschaftler keine Auffälligkeiten und führten histologische Untersuchungen an den Gerüsten bei ihrer Entnahme durch. Sie stellten eine Kapselbildung um das Gerüst herum mit moderaten Mengen an Makrophagen und mehrkernigen Riesenzellen fest, die mit chronischen entzündlichen Infiltraten in allen drei Gerüstgruppen assoziiert sind. Unter den getesteten Gruppen behielt das Gerüstmaterial mit dem niedrigsten Elastizitätsmodul den höchsten Fettgewebeanteil bei. Gergeset al. next untersuchte den Einfluss biochemischer Regulation durch die lokale Freisetzung von Peroxisom-Proliferations-aktivierten Rezeptor-Agonisten-Molekülen in einem neutralen biomechanischen Rahmen. Die Konzentrationen der Moleküle reichten aus, um die entsprechenden Rezeptoren auf den Zellen zu aktivieren, die aus dem angrenzenden umgebenden Gewebe in das Gerüst eindringen. Das Team schrieb die signifikante Zunahme des Fettgewebes in den behandelten Gerüsten der zellfreien Umgebung zu, die durch die Aktivierung der spezifischen Rezeptoren induziert wurde.

Weichgeweberegeneration in einer zellfreien Gerüstmikroumgebung

Outlook

Auf diese Weise untersuchten Irini Gerges und Kollegen die Bedeutung biomechanischer und biochemischer Hinweise, um eine 3D-regenerative Mikroumgebung für die Weichgewebebildung basierend auf zwei spezifischen Versuchsreihen in Tiermodellen zu entwickeln. Die Ergebnisse unterstreichen die Infiltration von Fettgewebe mit abnehmender Steifigkeit des Gerüsts und die Vorteile der mechanischen Eigenschaften des Gerüsts zur Regeneration von Fettgewebe bei gleichzeitiger Hemmung der Bildung von fibrösem Gewebe. Die Ergebnisse bestätigten die Fähigkeit mechanischer und biochemischer Faktoren, die Fettgewebebildung unter den beschriebenen Bedingungen gleichermaßen zu fördern, was darauf hindeutet, dass eine angemessene mechanische Signalgebung die Adipogenese durch signifikante Beeinflussung der Zelldifferenzierung steigern kann.