Esponja de colágeno
15.3 Esponja de colágeno
Las esponjas de colágeno generalmente se forman por liofilización de una solución acuosa de colágeno.9-11 El proceso de liofilización incluye la congelación de una solución acuosa de colágeno o gel de colágeno a baja temperatura y la posterior sublimación de los cristales de hielo al vacío a baja temperatura. La temperatura de congelación y la tasa de congelación tienen algún efecto en la estructura porosa de la esponja de colágeno resultante. La congelación rápida a bajas temperaturas induce grietas, pequeños canales uniformes y la producción de una estructura fibrosa. La congelación lenta a temperaturas más altas da como resultado la no uniformidad y poros grandes con más poros colapsados que los canales continuos. La esponja de colágeno estructurada unidireccional se ha preparado mediante un método de secado por congelación unidireccional.12 Faraj y otros andamios de colágeno tridimensionales preparados con un diseño estructural tridimensional específico que se asemeja a la matriz extracelular real (ECM) de un tejido en particular utilizando regímenes de congelación específicos.13 Se desarrollaron andamios de colágeno que se asemejan a la arquitectura parenquimatosa (alveolar) en forma de copa del pulmón, andamios que imitan la organización paralela de colágeno del tendón y andamios que imitan la organización tridimensional de la piel. La morfología del armazón podría controlarse mediante la tasa de congelación, el tipo de medio de suspensión y los aditivos específicos (por ejemplo, etanol).
Los andamios de esponja de colágeno se han utilizado para la ingeniería de tejidos de diversos tejidos y órganos. Juncosa-Melvin et al. se crearon construcciones de tendones autógenas de ingeniería tisular sembrando células madre mesenquimales de conejo en esponjas de colágeno tipo I.14 Esponja de colágeno se ha utilizado para el cultivo tridimensional de células de disco intervertebrales humanas. Su efecto se comparó con otros portadores celulares como gel de colágeno, agarosa, alginato y gel de fibrina.15-17 Se encontró que la esponja de colágeno y la agarosa proporcionan microambiente superior para la formación de MEC. La esponja de colágeno proporcionaba una mayor proliferación celular y parecía superior a la agarosa. Aunque algunos investigadores han tenido éxito en el uso de la inyección de células para la ingeniería de tejidos discales18,un armazón de esponja de colágeno cargado con células facilita la colocación in vivo de la estructura portadora de células.19
Se desarrolló un periostio bio-artificial compuesto de células osteogénicas y esponja de colágeno.20 El periostio bio-artificial tuvo efectos de promoción en la osteogénesis in vitro e in vivo. Los organoides hepáticos se reconstruyeron mediante el cultivo de pequeños hepatocitos (SHs), que son células progenitoras hepáticas, en una esponja de colágeno.21 Después del cultivo durante 1 mes, se formaron agregados celulares en la esponja y mostraron una arquitectura tisular característica: células epiteliales columnares y/o cuboidales revestidas de la superficie de la esponja. Las células de la esponja de colágeno proliferaron activamente y los hepatocitos excretaron albúmina en el medio. Sabbagh et al. esponja de colágeno utilizada para el cultivo de células uroteliales como paso preliminar en la ingeniería de injertos autólogos uroteliales.22 Informaron que las esponjas de colágeno apoyaron el crecimiento y la estratificación de las células uroteliales y son un sustrato adecuado para el desarrollo de injertos autólogos uroteliales. La esponja de colágeno se utilizó para la ingeniería de tejidos dentales.23 Células de terceros molares porcinos en la etapa temprana de formación de la corona se adhirieron más rápidamente y su actividad de FA fue significativamente mayor para el armazón de esponja de colágeno que para una malla de fibra de ácido poliglicólico. El resultado indica que un andamio de esponja de colágeno permite la producción de dientes con un mayor grado de éxito que la malla de fibra de ácido poliglicólico y que el andamio de esponja de colágeno es superior a un andamio de malla de fibra de ácido poliglicólico para la ingeniería de tejidos dentales. Taylor et al. cultivo de células intersticiales de válvula cardíaca humana (IC) en una esponja de colágeno para regenerar una construcción que se asemeja a una valva de válvula.24
La esponja de colágeno es un andamio biodegradable adecuado que puede mantener CI de válvula viables y parece mejorar la capacidad de las células para expresar su fenotipo original. Shimizu et al. esponja de colágeno utilizada para regenerar el tejido traqueal mediante el empleo de una técnica de ingeniería tisular in situ para la reconstrucción de las vías respiratorias.25-27 De acuerdo con sus exitosos estudios previos en animales experimentales, aplicaron la técnica regenerativa para reparar la tráquea de una mujer de 78 años con cáncer de tiroides. Se utilizó un tubo de malla Marlex cubierto con esponja de colágeno como andamio de tejido. Se ha observado una buena epitelización en la superficie luminal traqueal sin complicaciones durante dos años.
Buma et al. se compararon los efectos de las matrices de colágeno tipo I y tipo II reticuladas en la ingeniería de tejidos de cartílago.28 Concluyeron que diferentes tipos de matrices de colágeno inducen diferentes respuestas tisulares en defectos de cartílago articular de espesor completo. Las matrices a base de colágeno tipo I son superiores para guiar a las células progenitoras desde un origen subcondral hacia el defecto. En matrices basadas en colágeno de tipo II, la migración celular es menor, pero las células invasoras se dirigen a un fenotipo de condrocitos. Con base en estas observaciones, parece que una matriz compuesta que consiste en una capa profunda de colágeno tipo I y una capa más superficial de colágeno tipo II podría ser la matriz de elección para la regeneración del cartílago. Se utilizó una matriz de colágeno compuesta de dos capas, a saber, una capa de colágeno tipo I/III y una capa de colágeno tipo II, para evaluar el comportamiento morfológico y bioquímico y la actividad de condrocitos humanos tomados de cartílago no artrítico y osteoartrítico. La capa de colágeno tipo I / III es menos porosa y se divide en lados rugosos y lisos; el lado liso es la superficie que mira hacia la cavidad articular. Los dos tipos de colágeno se pueden diferenciar por su diferente tamaño fibrilar y densidad electrónica.29,30 La capa porosa está compuesta de colágeno tipo II y sirve para el proceso de siembra celular. Se ha demostrado que el colágeno tipo II mantiene el fenotipo de los condrocitos en mejor medida que el colágeno tipo I y, por lo tanto, es más adecuado para la siembra celular. Las matrices están compuestas de colágeno porcino. Se había logrado un reticulado moderado mediante irradiación ultravioleta (UV). Los condrocitos de cartílago no artrítico revelaron un mayor número de células esféricas, consistentes con un fenotipo condrocítico. Un ensayo bioquímico mostró un aumento neto en el contenido de GAG en condrocitos no artríticos, mientras que casi no se observaron GAG en células osteoartríticas. Los condrocitos articulares humanos aislados de cartílago osteoartrítico parecen tener menos bioactividad después de la expansión y el cultivo en una esponja que consiste en colágeno de los tipos I, II y III en comparación con los condrocitos de cartílago no artrítico.31
Las condiciones de cultivo y la liberación de factores de crecimiento se han combinado para el cultivo en esponja de colágeno.32-34 Las condiciones de perfusión media y de cultivo dinámico mostraron algunos efectos en la condrogénesis de condrocitos articulares cuando se cultivaron en esponjas de colágeno. Yates et al. esponjas de colágeno 3D porosas evaluadas para ingeniería in vitro de cartílago en condiciones de cultivo estándar y sin suero.32 Informaron que las esponjas de colágeno 3D porosas mantienen la viabilidad, la forma y la actividad sintética de los condrocitos al proporcionar un entorno favorable para la condrogénesis de alta densidad y que las esponjas de colágeno tienen potencial como andamios para la ingeniería de tejidos de cartílago. Tabata et al. esponja de colágeno combinada con una liberación controlada adecuada de bFGF para lograr una formación in situ de tejido adiposo en ratas.35 Concluyeron que una combinación de colágeno de armazón con una liberación controlada adecuada de bFGF era esencial para lograr la formación in situ de tejido adiposo incluso sin preadipocitos.
