Regeneratie van zacht weefsel in een celvrije micro-omgeving

Regeneratie van zacht weefsel in een celvrije micro-omgeving

In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd op Wetenschappelijke rapporten, Irini Gerges en een team van wetenschappers in Italië en de VS bestudeerden het belang van biomechanische en biochemische aanwijzingen om kweekomstandigheden te creëren die geschikt zijn voor driedimensionale (3D) regeneratieve micro-omgevingen en de vorming van zacht weefsel. Het team observeerde veranderingen in adipogenese ten opzichte van de mechanische 3D-eigenschappen en creëerde een gradiënt van driedimensionale micro-omgevingen met verschillende stijfheid. De resultaten wezen op een significante toename van de proporties van vetweefsel, terwijl de stijfheid van de 3D mechanische micro-omgeving werd verminderd. Ze vergeleken dit mechanische conditioneringseffect met biochemische regulatie door de extracellulaire omgevingen te laden met een biologisch stimulerend middel. De resultaten toonden aan dat mechanische en biochemische conditionering voldoende was om adipogenese te stimuleren en weefselremodellering te beïnvloeden. Het werk kan nieuwe wegen openen om 3D-steigers te ontwerpen om micro-omgevingen te vormen die grote hoeveelheden zacht en vetweefsel regenereren voor praktische en directe implicaties bij reconstructieve en cosmetische chirurgie.

Weke delen reconstructie

De benaderingen voor reconstructie van zacht weefsel zijn afhankelijk van inerte vulstoffen of autologe transplantaten; daarom bestaat er een onvervulde klinische behoefte aan effectieve oplossingen om zachte weefsels na een operatie te herstellen. Op cellen gebaseerde benaderingen zijn een veelbelovende oplossing vanwege hun biocompatibiliteit, aanpassingsvermogen aan doelweefsel, kosteneffectiviteit en naleving van internationale productienormen. Synthetische steigers zijn een schaalbare klinische oplossing omdat ze regelgevings- en productiehindernissen kunnen vermijden in vergelijking met celgebaseerde therapieën. Driedimensionale (3D) scaffolds om klinisch relevante volumes van zacht weefsel te regenereren hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt op klinisch niveau, zoals te zien is bij scaffolds van medische kwaliteit. Beperkingen van het materiaal zijn het gevolg van een hoge lokale stijfheid van de polymeerfilamenten in vergelijking met het doelweefsel. Het is daarom belangrijk om scaffolds te ontwikkelen die specifiek zijn voor de regeneratie van vetweefsel om biomechanische signalen te reguleren om geschikte cel- en biomateriaalinteracties te bereiken die fundamenteel zijn voor adipogenese. Het team richtte zich op de belangrijkste factoren van de biologische prestaties van op polyurethaan gebaseerde verknoopte poreuze biomaterialen als steigers voor de regeneratie van zacht weefsel door zich te concentreren op de rol van polymeerchemie en de microarchitectuur. In dit werk, Gerges et al. wijzigde de samenstelling van polyestertriolsegmenten om een ​​gradiënt van poreuze steigers te synthetiseren die vergelijkbare fysiochemische en morfologische eigenschappen delen met verschillende substraatstijfheid om de impact van mechanische aanwijzingen op adipogenese te begrijpen.

Regeneratie van zacht weefsel in een celvrije micro-omgeving De experimenten

De wetenschappers verbeterden de regeneratieve micro-omgeving door een scaffold te gebruiken die is geladen met een peroxisoom-proliferator-geactiveerde receptoragonist Rosiglitazon om adipocytdifferentiatie te induceren. Ze onderzochten de impact van de mechanische omgeving op de in vivo prestaties van een steiger door de mechanische eigenschappen van de steiger te verfijnen zonder de resterende fysisch-chemische kenmerken te veranderen of te veranderen. Door de mate van verknoping, poriënafmeting en verhouding van de harde en zachte segmenten die de macromoleculaire structuur bij elkaar houden te variëren, regelde het team de mechanische eigenschappen van een verknoopt polyurethaanschuim. Gerges et al. richtte zich vervolgens op de kristalliniteitsgraad van de zachte segmenten en hield de verhouding tussen de initiator en monomeer constant, om hetzelfde gemiddelde molecuulgewicht van de materialen te behouden. Na het uitvoeren van compressietests op de drie versies van scaffold-formuleringen, veranderde het team de verhouding tussen amorfe en kristallijne domeinen van de polyesters om met succes drie soorten scaffold-formuleringen te verkrijgen. De onderzoekers behandelden alle steigers in deze studie met poly-L-lysine om celadhesie op de materiaaloppervlakken te bevorderen voor niet-specifieke cel-biomateriaal-interacties.

Regeneratie van zacht weefsel in een celvrije micro-omgeving

De functie van het steigermateriaal begrijpen

Na het implementeren van de steigers in diermodellen, merkten de wetenschappers geen afwijkingen in hen op en voerden ze histologische onderzoeken uit op de steigers bij het ophalen. Ze merkten capsulevorming rond de steiger op met matige hoeveelheden macrofagen en meerkernige reuzencellen geassocieerd met chronische ontstekingsinfiltraten in alle drie groepen steigers. Van de geteste groepen behield het steigermateriaal met de laagste elasticiteitsmodulus het hoogste percentage vetweefsel. Gerges et al. onderzocht vervolgens de impact van biochemische regulatie door de lokale afgifte van peroxisoomproliferatie-geactiveerde receptoragonistmoleculen in een neutraal biomechanisch raamwerk. De concentraties van de moleculen waren voldoende om de overeenkomstige receptoren te activeren op de cellen die de scaffold binnendrongen vanuit het aangrenzende omringende weefsel. Het team schreef de aanzienlijke toename van het vetweefsel in de behandelde steigers toe aan de celvrije omgeving die werd veroorzaakt door de specifieke receptoren te activeren.

Regeneratie van zacht weefsel in een celvrije micro-omgeving

Outlook

Op deze manier bestudeerden Irini Gerges en collega's het belang van biomechanische en biochemische aanwijzingen om een ​​3D regeneratieve micro-omgeving voor de vorming van zacht weefsel te ontwikkelen op basis van twee specifieke sets experimenten in diermodellen. De resultaten benadrukken de infiltratie van vetweefsel met afnemende stijfheid van de steiger, en de voordelen van mechanische eigenschappen van de steiger om vetweefsel te regenereren terwijl de vorming van fibreus weefsel wordt geremd. De resultaten bevestigden het vermogen van mechanische en biochemische factoren om de vorming van vetweefsel in gelijke mate te bevorderen onder de beschreven instellingen, wat suggereert dat adequate mechanische signalering de adipogenese kan stimuleren door de celdifferentiatie aanzienlijk te beïnvloeden.