Regeneracja tkanek miękkich w bezkomórkowym środowisku rusztowania

Regeneracja tkanek miękkich w bezkomórkowym środowisku rusztowania

W nowym raporcie opublikowanym teraz Doniesienia naukowe, Irini Gerges wraz z zespołem naukowców z Włoch i USA zbadali znaczenie wskaźników biomechanicznych i biochemicznych w tworzeniu warunków hodowli dostosowanych do trójwymiarowych (3D) regeneracyjnych mikrośrodowisk i tworzenia tkanek miękkich. Zespół zaobserwował zmiany w adipogenezie w odniesieniu do właściwości mechanicznych 3D i stworzył gradient trójwymiarowych mikrośrodowisk o różnej sztywności. Wyniki wskazały na znaczny wzrost proporcji tkanki tłuszczowej przy jednoczesnym zmniejszeniu sztywności mechanicznego mikrośrodowiska 3D. Porównali ten efekt kondycjonowania mechanicznego z regulacją biochemiczną, obciążając środowiska zewnątrzkomórkowe stymulantem biologicznym. Wyniki wykazały, że kondycjonowanie mechaniczne i biochemiczne jest wystarczające do pobudzenia adipogenezy i wpłynięcia na przebudowę tkanek. Prace mogą otworzyć nowe możliwości projektowania rusztowań 3D w celu tworzenia mikrośrodowisk, które regenerują duże objętości tkanki miękkiej i tłuszczowej, co ma praktyczne i bezpośrednie implikacje w chirurgii rekonstrukcyjnej i kosmetycznej.

Rekonstrukcja tkanek miękkich

Metody rekonstrukcji tkanek miękkich zależą od obojętnych wypełniaczy lub autologicznych przeszczepów; w związku z tym istnieje niezaspokojona potrzeba kliniczna na skuteczne rozwiązania do przywracania tkanek miękkich po zabiegu chirurgicznym. Podejścia oparte na rusztowaniach bezkomórkowych są obiecującym rozwiązaniem ze względu na ich biokompatybilność, zdolność adaptacji do tkanki docelowej, opłacalność i zgodność z międzynarodowymi standardami produkcyjnymi. Rusztowania syntetyczne są skalowalnym rozwiązaniem klinicznym, ponieważ pozwalają uniknąć przeszkód regulacyjnych i produkcyjnych w porównaniu z terapiami opartymi na komórkach. Rusztowania trójwymiarowe (3D) do regeneracji istotnych klinicznie objętości tkanek miękkich osiągnęły znaczny postęp na poziomie klinicznym, co widać w przypadku rusztowań klasy medycznej. Ograniczenia materiału wynikają z dużej lokalnej sztywności włókien polimerowych w porównaniu z tkanką docelową. Dlatego ważne jest, aby opracować rusztowania specyficzne dla regeneracji tkanki tłuszczowej, aby regulować sygnały biomechaniczne w celu uzyskania odpowiednich interakcji między komórkami i biomateriałem, które mają fundamentalne znaczenie dla adipogenezy. Zespół zajął się kluczowymi czynnikami wydajności biologicznej usieciowanych porowatych biomateriałów na bazie poliuretanu jako rusztowań do regeneracji tkanek miękkich, skupiając się na roli chemii polimerów i mikroarchitektury. W tej pracy Gerges i in. zmodyfikowano skład segmentów poliestrowo-triolowych w celu zsyntetyzowania gradientu porowatych rusztowań, które mają podobne właściwości fizykochemiczne i morfologiczne o różnej sztywności podłoża, aby zrozumieć wpływ sygnałów mechanicznych na adipogenezę.

Regeneracja tkanek miękkich w bezkomórkowym środowisku rusztowania Eksperymenty

Naukowcy wzmocnili mikrośrodowisko regeneracyjne, używając rusztowania wypełnionego agonistą receptora aktywowanego przez proliferatory peroksysomów, Rosiglitazonem, aby wywołać różnicowanie adipocytów. Zbadali wpływ środowiska mechanicznego na wydajność rusztowania in vivo, dostrajając właściwości mechaniczne rusztowania bez zmiany lub zmiany pozostałych cech fizykochemicznych. Zmieniając stopień usieciowania, wymiary porów i stosunek twardych i miękkich segmentów utrzymujących razem strukturę makrocząsteczkową, zespół uregulował właściwości mechaniczne usieciowanej pianki poliuretanowej. Gerges i in. następnie skupiono się na stopniu krystaliczności miękkich segmentów i utrzymywano stały stosunek między inicjatorem a monomerem, w celu utrzymania tej samej średniej masy cząsteczkowej materiałów. Po przeprowadzeniu testów ściskania na trzech wersjach składów rusztowań, zespół zmienił stosunek między domenami amorficznymi i krystalicznymi poliestrów, aby z powodzeniem uzyskać trzy rodzaje składów rusztowań. Badacze potraktowali wszystkie rusztowania w tym badaniu poli-L-lizyną, aby promować adhezję komórek na powierzchni materiału w celu uzyskania nieswoistych interakcji między komórką a biomateriałem.

Regeneracja tkanek miękkich w bezkomórkowym środowisku rusztowania

Zrozumienie funkcji materiału rusztowania

Po zaimplementowaniu rusztowań w modelach zwierzęcych naukowcy nie zaobserwowali w nich nieprawidłowości, a po wydobyciu z rusztowań przeprowadzili badania histologiczne. Zauważyli tworzenie się torebek wokół rusztowania z umiarkowaną ilością makrofagów i wielojądrowych komórek olbrzymich związanych z przewlekłymi naciekami zapalnymi we wszystkich trzech grupach rusztowań. Wśród badanych grup materiał rusztowania o najniższym module sprężystości zachował najwyższy procent tkanki tłuszczowej. Gerges i in. następnie zbadali wpływ regulacji biochemicznej poprzez lokalne uwalnianie cząsteczek agonisty receptora aktywowanego proliferacją peroksysomów w neutralnej strukturze biomechanicznej. Stężenia cząsteczek były wystarczające do aktywacji odpowiednich receptorów na komórkach atakujących rusztowanie z sąsiedniej tkanki otaczającej. Zespół przypisał znaczny wzrost tkanki tłuszczowej w leczonych rusztowaniach środowisku bezkomórkowemu indukowanemu przez aktywację określonych receptorów.

Regeneracja tkanek miękkich w bezkomórkowym środowisku rusztowania

perspektywy

W ten sposób Irini Gerges wraz z kolegami zbadała znaczenie wskazówek biomechanicznych i biochemicznych w opracowaniu regeneracyjnego mikrośrodowiska 3D dla tworzenia tkanek miękkich w oparciu o dwa określone zestawy eksperymentów na modelach zwierzęcych. Wyniki podkreślają infiltrację tkanki tłuszczowej ze zmniejszającą się sztywnością rusztowania oraz korzyści płynące z właściwości mechanicznych rusztowania do regeneracji tkanki tłuszczowej przy jednoczesnym hamowaniu tworzenia tkanki włóknistej. Wyniki potwierdziły zdolność czynników mechanicznych i biochemicznych do równego promowania tworzenia tkanki tłuszczowej w opisanych warunkach, co sugeruje, że odpowiednia sygnalizacja mechaniczna może zwiększyć adipogenezę poprzez znaczący wpływ na różnicowanie komórek.