Collagene spugna
15.3 Collagene spugna
Collagene spugne sono generalmente formate da liofilizzazione una soluzione acquosa di collagene.9-11 Il processo di liofilizzazione comprende il congelamento di una soluzione acquosa di collagene o gel di collagene a bassa temperatura e la successiva sublimazione dei cristalli di ghiaccio mediante vuoto a bassa temperatura. La temperatura di congelamento e il tasso di congelamento hanno un certo effetto sulla struttura porosa della spugna di collagene risultante. Il congelamento rapido a basse temperature induce fessurazioni, piccoli canali uniformi e la produzione di una struttura fibrosa. Il congelamento lento alle più alte temperature provoca la nonuniformity ed i grandi pori con più pori collassati che i canali continui. La spugna di collagene strutturata unidirezionalmente è stata preparata con un metodo di congelamento-essiccazione unidirezionale.12 Faraj et al. impalcature tridimensionali preparate del collagene con una progettazione strutturale tridimensionale specifica che assomiglia alla matrice extracellulare reale (ECM) di un particolare tessuto facendo uso dei regimi specifici di congelamento.Sono stati sviluppati 13 scaffold di collagene che assomigliano all’architettura parenchimale (alveolare) a forma di coppa del polmone, scaffold che imitano l’organizzazione parallela del collagene del tendine e scaffold che imitano l’organizzazione tridimensionale della pelle. La morfologia dello scaffold potrebbe essere controllata dal tasso di congelamento, dal tipo di mezzo di sospensione e da additivi specifici (ad esempio etanolo).
Le impalcature in spugna di collagene sono state utilizzate per l’ingegneria tissutale di vari tessuti e organi. Giuncosa-Melvin et al. il tendine tessuto-costruito autogeno creato costruisce seminando le cellule staminali mesenchimali del coniglio nelle spugne del collagene di tipo I.14 Collagene spugna è stato utilizzato per la cultura tridimensionale di cellule del disco intervertebrale umano. Il suo effetto è stato confrontato con altri vettori cellulari come gel di collagene, agarosio, alginato e gel di fibrina.15-17 La spugna del collagene e l’agarosio sono stati trovati per fornire i microenvironments superiori per la formazione di ECM. La spugna di collagene forniva una maggiore proliferazione cellulare e appariva superiore all’agarosio. Sebbene alcuni ricercatori abbiano avuto successo nell’utilizzare l’iniezione di cellule per l’ingegneria dei tessuti del disco, 18 un scaffold di spugna di collagene caricato con cellule facilita il posizionamento in vivo del costrutto del vettore cellulare.19
È stato sviluppato un periostio bio-artificiale composto da cellule osteogeniche e spugna di collagene.20 Il periostio bio-artificiale ha avuto effetti di promozione sull’osteogenesi in vitro e in vivo. Gli organoidi epatici sono stati ricostruiti coltivando piccoli epatociti (SHs), che sono cellule progenitrici epatiche, in una spugna di collagene.21 Dopo la coltura per 1 mese, si sono formati aggregati cellulari nella spugna e hanno mostrato un’architettura tissutale caratteristica: cellule epiteliali colonnari e/o cuboidali allineate sulla superficie della spugna. Le cellule nella spugna di collagene proliferavano attivamente e gli epatociti escreto albumina nel mezzo. Sabbagh et al. spugna di collagene utilizzata per la coltura di cellule uroteliali come fase preliminare nell’ingegneria degli innesti autologhi uroteliali.22 Hanno riferito che le spugne di collagene hanno sostenuto la crescita e la stratificazione delle cellule uroteliali e sono un substrato adatto per lo sviluppo di innesti autologhi uroteliali. La spugna del collagene è stata usata per ingegneria del tessuto del dente.23 Cellule provenienti da terzi molari porcini nella fase iniziale della formazione della corona si attaccavano più rapidamente e la loro attività ALP era significativamente maggiore per l’impalcatura della spugna di collagene rispetto a quella di una rete di fibre di acido poliglicolico. Il risultato indica che un’impalcatura della spugna del collagene permette la produzione del dente con un più alto grado di successo che fa la maglia della fibra dell’acido poliglicolico e che l’impalcatura della spugna del collagene è superiore ad un’impalcatura della maglia della fibra dell’acido poliglicolico per ingegneria del dente-tessuto. Taylor et al. cellule interstiziali della valvola cardiaca umana coltivate (ICs) in una spugna di collagene per rigenerare una struttura simile a un foglio di valvola.24
La spugna del collagene è un’impalcatura biodegradabile adatta che può mantenere i circuiti integrati vitali della valvola e sembra migliorare la capacità delle cellule di esprimere il loro fenotipo originale. Shimizu et al. spugna di collagene utilizzata per rigenerare il tessuto tracheale impiegando una tecnica di ingegneria tissutale in situ per la ricostruzione delle vie aeree.25-27 Sulla base dei loro precedenti studi sperimentali su animali di successo, hanno applicato la tecnica rigenerativa per riparare la trachea di una donna di 78 anni con cancro alla tiroide. Un tubo di rete Marlex ricoperto di spugna di collagene è stato utilizzato come impalcatura del tessuto. Una buona epitelizzazione è stata osservata sulla superficie luminale tracheale senza complicazioni per due anni.
Buma et al. confrontato gli effetti delle matrici reticolari del collagene di tipo I e di tipo II sull’ingegneria del tessuto cartilagineo.28 Hanno concluso che diversi tipi di matrici di collagene inducono risposte tissutali diverse nei difetti della cartilagine articolare a tutto spessore. Le matrici a base di collagene di tipo I sono superiori per guidare le cellule progenitrici da un’origine subcondrale nel difetto. Nelle matrici a base di collagene di tipo II, la migrazione cellulare è inferiore, ma le cellule invasive sono dirette in un fenotipo condrocita. Sulla base di queste osservazioni, sembra che una matrice composita costituita da uno strato profondo di collagene di tipo I e uno strato più superficiale di collagene di tipo II potrebbe essere la matrice di scelta per la rigenerazione della cartilagine. Una matrice di collagene composta da due strati, vale a dire uno strato di collagene di tipo I/III e uno strato di collagene di tipo II, è stata utilizzata per valutare il comportamento e l’attività morfologica e biochimica dei condrociti umani prelevati dalla cartilagine non artritica e osteoartritica. Lo strato di collagene di tipo I/III è meno poroso ed è ulteriormente suddiviso in lati ruvidi e lisci; il lato liscio è la superficie rivolta verso la cavità articolare. I due tipi di collagene possono essere differenziati dalla loro diversa dimensione fibrillare e densità elettronica.29,30 Lo strato poroso è composto da collagene di tipo II e serve al processo di semina cellulare. Il collagene di tipo II ha dimostrato di mantenere il fenotipo dei condrociti in misura migliore rispetto al collagene di tipo I ed è quindi più adatto alla semina cellulare. Le matrici sono composte da collagene porcino. La reticolazione moderata è stata ottenuta mediante irradiazione ultravioletta (UV). I condrociti della cartilagine nonartritica hanno rivelato un numero maggiore di cellule sferiche, coerenti con un fenotipo condrocitico. Un test biochimico ha mostrato un aumento netto del contenuto di GAG nei condrociti non artritici, mentre quasi nessun GAG è stato osservato nelle cellule osteoartritiche. I condrociti articolari umani isolati dalla cartilagine osteoartritica sembrano avere meno bioattività dopo l’espansione e la coltura in una spugna costituita da collagene di tipo I, II e III rispetto ai condrociti della cartilagine non artritica.31
Le condizioni di coltura e il rilascio dei fattori di crescita sono stati combinati per la coltura in spugna di collagene.32-34 La perfusione media e le condizioni di coltura dinamica hanno mostrato alcuni effetti sulla condrogenesi dei condrociti articolari quando coltivati in spugne di collagene. Yates et al. spugne di collagene porose e 3D valutate per l’ingegneria in vitro della cartilagine in condizioni di coltura standard e senza siero.32 Hanno riferito che le spugne di collagene 3D porose mantengono la vitalità, la forma e l’attività sintetica dei condrociti fornendo un ambiente favorevole alla condrogenesi ad alta densità e che le spugne di collagene hanno un potenziale come scaffold per l’ingegneria del tessuto cartilagineo. Tabata et al. spugna di collagene combinata con un appropriato rilascio controllato di bFGF per ottenere una formazione in situ di tessuto adiposo nei ratti.35 Hanno concluso che una combinazione di collagene scaffold con un appropriato rilascio controllato di bFGF era essenziale per ottenere la formazione in situ del tessuto adiposo anche senza preadipociti.
