Éponge de collagène
15.3 Éponge de collagène
Les éponges de collagène sont généralement formées par lyophilisation d’une solution aqueuse de collagène.9-11 Le procédé de lyophilisation comprend la congélation d’une solution aqueuse de collagène ou de gel de collagène à basse température et la sublimation ultérieure des cristaux de glace par vide à basse température. La température de congélation et le taux de congélation ont un certain effet sur la structure poreuse de l’éponge de collagène résultante. La congélation rapide à basse température induit des fissures, de petits canaux uniformes et la production d’une structure fibreuse. La congélation lente à des températures plus élevées entraîne une non-uniformité et de grands pores avec plus de pores effondrés que les canaux continus. Une éponge de collagène à structure unidirectionnelle a été préparée par une méthode de congélation-séchage unidirectionnelle.12 Faraj et coll. échafaudages de collagène tridimensionnels préparés avec une conception structurelle tridimensionnelle spécifique ressemblant à la matrice extracellulaire réelle (ECM) d’un tissu particulier en utilisant des régimes de congélation spécifiques.13 échafaudages de collagène ressemblant à l’architecture parenchymateuse (alvéolaire) en forme de coupe du poumon, des échafaudages imitant l’organisation parallèle du collagène du tendon et des échafaudages imitant l’organisation tridimensionnelle de la peau ont été développés. La morphologie de l’échafaudage pourrait être contrôlée par la vitesse de congélation, le type de milieu de suspension et des additifs spécifiques (par exemple, l’éthanol).
Des échafaudages d’éponge de collagène ont été utilisés pour l’ingénierie tissulaire de divers tissus et organes. Joncosa-Melvin et coll. création de constructions de tendons autogènes par ingénierie tissulaire en ensemençant des cellules souches mésenchymateuses de lapin dans des éponges de collagène de type I.L’éponge de collagène 14 a été utilisée pour la culture tridimensionnelle de cellules de disque intervertébral humain. Son effet a été comparé à d’autres supports cellulaires tels que le gel de collagène, l’agarose, l’alginate et le gel de fibrine.15-17 L’éponge de collagène et l’agarose fournissent des microenvironnements supérieurs pour la formation d’ECM. L’éponge de collagène a fourni une plus grande prolifération cellulaire et semblait supérieure à l’agarose. Bien que certains chercheurs aient réussi à utiliser l’injection de cellules pour l’ingénierie des tissus discales18, un échafaudage en éponge de collagène chargé de cellules facilite la mise en place in vivo de la construction du support cellulaire.19
Un périoste bio-artificiel composé de cellules ostéogéniques et d’éponge de collagène a été développé.20 Le périoste bio-artificiel a eu des effets de promotion sur l’ostéogenèse in vitro et in vivo. Les organoïdes hépatiques ont été reconstruits en cultivant de petits hépatocytes (SHs), qui sont des cellules progénitrices hépatiques, dans une éponge de collagène.21 Après 1 mois de culture, des agrégats cellulaires se sont formés dans l’éponge et ont montré une architecture tissulaire caractéristique: des cellules épithéliales colonnaires et/ou cuboïdales tapissent la surface de l’éponge. Les cellules de l’éponge de collagène ont activement proliféré et les hépatocytes ont excrété l’albumine dans le milieu. Sabbagh et coll. éponge de collagène utilisée pour la culture de cellules urothéliales comme étape préliminaire dans l’ingénierie des greffes autologues urothéliales.22 Ils ont rapporté que les éponges de collagène soutenaient la croissance et la stratification des cellules urothéliales et constituaient un substrat approprié pour le développement de greffes autologues urothéliales. L’éponge de collagène a été utilisée pour l’ingénierie des tissus dentaires.23 Cellules de la troisième molaire porcine au stade précoce de la formation de la couronne se sont attachées plus rapidement et leur activité ALP était significativement plus importante pour l’échafaudage d’éponge de collagène que pour un maillage de fibres d’acide polyglycolique. Le résultat indique qu’un échafaudage en éponge de collagène permet la production de dents avec un degré de succès plus élevé que le maillage de fibres d’acide polyglycolique et que l’échafaudage en éponge de collagène est supérieur à un échafaudage en maille de fibres d’acide polyglycolique pour l’ingénierie des tissus dentaires. Taylor et coll. cellules interstitielles valvulaires cardiaques humaines cultivées dans une éponge de collagène pour régénérer une structure ressemblant à un feuillet valvulaire.24
L’éponge de collagène est un échafaudage biodégradable approprié qui peut maintenir des IC valvulaires viables et semble améliorer la capacité des cellules à exprimer leur phénotype d’origine. Shimizu et coll. éponge de collagène utilisée pour régénérer le tissu trachéal en utilisant une technique d’ingénierie tissulaire in situ pour la reconstruction des voies respiratoires.25-27 Sur la base de leurs précédentes études expérimentales réussies sur des animaux, ils ont appliqué la technique de régénération pour réparer la trachée d’une femme de 78 ans atteinte d’un cancer de la thyroïde. Un tube en maille Marlex recouvert d’une éponge de collagène a été utilisé comme échafaudage de tissu. Une bonne épithélialisation a été observée sur la surface luminale trachéale sans complications pendant deux ans.
Buma et al. a comparé les effets des matrices de collagène de type I et de type II réticulées sur l’ingénierie des tissus cartilagineux.28 Ils ont conclu que différents types de matrices de collagène induisent des réponses tissulaires différentes dans les défauts du cartilage articulaire de pleine épaisseur. Les matrices à base de collagène de type I sont supérieures pour guider les cellules progénitrices d’une origine sous-chondrale dans le défaut. Dans les matrices à base de collagène de type II, la migration cellulaire est moindre, mais les cellules envahissantes sont dirigées vers un phénotype de chondrocytes. Sur la base de ces observations, il semble qu’une matrice composite constituée d’une couche profonde de collagène de type I et d’une couche plus superficielle de collagène de type II pourrait être la matrice de choix pour la régénération du cartilage. Une matrice de collagène composée de deux couches, à savoir une couche de collagène de type I / III et une couche de collagène de type II, a été utilisée pour évaluer le comportement et l’activité morphologiques et biochimiques des chondrocytes humains prélevés dans du cartilage non arthritique et ostéoarthritique. La couche de collagène de type I / III est moins poreuse et est divisée en côtés rugueux et lisses; le côté lisse est la surface faisant face à la cavité articulaire. Les deux types de collagène peuvent être différenciés par leur taille fibrillaire et leur densité électronique différentes.29,30 La couche poreuse est composée de collagène de type II et sert au processus d’ensemencement cellulaire. Il a été démontré que le collagène de type II maintient le phénotype des chondrocytes dans une meilleure mesure que le collagène de type I et convient donc mieux à l’ensemencement cellulaire. Les matrices sont composées de collagène porcin. Une réticulation modérée avait été obtenue par irradiation ultraviolette (UV). Les chondrocytes du cartilage non arthritique ont révélé un plus grand nombre de cellules sphériques, compatibles avec un phénotype chondrocytaire. Un essai biochimique a montré une augmentation nette de la teneur en GAG dans les chondrocytes non arthritiques, alors que presque aucun GAG n’a été observé dans les cellules ostéoarthritiques. Les chondrocytes articulaires humains isolés du cartilage arthritique semblent avoir moins de bioactivité après expansion et culture dans une éponge composée de collagène de types I, II et III par rapport aux chondrocytes du cartilage non arthritique.31
Les conditions de culture et la libération des facteurs de croissance ont été combinées pour la culture dans une éponge de collagène.32-34 Les conditions de perfusion moyenne et de culture dynamique ont montré certains effets sur la chondrogenèse des chondrocytes articulaires lorsqu’ils sont cultivés dans des éponges de collagène. Yates et coll. éponges de collagène 3D poreuses évaluées pour l’ingénierie in vitro du cartilage dans des conditions de culture standard et sans sérum.32 Ils ont rapporté que les éponges de collagène 3D poreuses maintiennent la viabilité, la forme et l’activité synthétique des chondrocytes en fournissant un environnement favorable à la chondrogénèse à haute densité et que les éponges de collagène ont un potentiel d’échafaudage pour l’ingénierie des tissus cartilagineux. Tabata et coll. éponge de collagène combinée avec une libération contrôlée appropriée de bFGF pour obtenir une formation in situ de tissu adipeux chez le rat.35 Ils ont conclu qu’une combinaison de collagène d’échafaudage avec une libération contrôlée appropriée de bFGF était essentielle pour obtenir la formation in situ de tissu adipeux même sans préadipocytes.
