Kollagenschwamm
15.3 Kollagenschwamm
Kollagenschwämme werden im Allgemeinen durch Gefriertrocknung einer wässrigen Kollagenlösung gebildet.9-11 Das Gefriertrocknungsverfahren umfasst das Einfrieren einer wässrigen Lösung von Kollagen oder Kollagengel bei niedriger Temperatur und die anschließende Sublimation der Eiskristalle durch Vakuum bei niedriger Temperatur. Die Gefriertemperatur und die Gefrierrate haben einen gewissen Einfluss auf die poröse Struktur des resultierenden Kollagenschwamms. Schnelles Einfrieren bei niedrigen Temperaturen induziert Risse, gleichmäßige kleine Kanäle und die Bildung einer Faserstruktur. Langsames Einfrieren bei höheren Temperaturen führt zu Ungleichmäßigkeiten und großen Poren mit mehr kollabierten Poren als zu kontinuierlichen Kanälen. Unidirektional strukturierter Kollagenschwamm wurde durch ein unidirektionales Gefriertrocknungsverfahren hergestellt.12 Faraj et al. vorbereitete dreidimensionale Kollagengerüste mit einem spezifischen dreidimensionalen strukturellen Design, das der tatsächlichen extrazellulären Matrix (ECM) eines bestimmten Gewebes unter Verwendung spezifischer Gefrierregime ähnelt.Es wurden 13 Kollagengerüste entwickelt, die der becherförmigen parenchymalen (alveolären) Architektur der Lunge ähneln, Gerüste, die die parallele Kollagenorganisation der Sehne nachahmen, und Gerüste, die die dreidimensionale Organisation der Haut nachahmen. Die Gerüstmorphologie könnte durch die Gefrierrate, die Art des Suspensionsmediums und spezifische Additive (z. B. Ethanol) gesteuert werden.
Kollagenschwammgerüste wurden für das Tissue Engineering verschiedener Gewebe und Organe verwendet. Juncosa-Melvin et al. erstellt autogene tissue-engineered sehne konstrukte durch aussaat kaninchen mesenchymalen stammzellen in typ I kollagen schwämme.14 Kollagenschwamm ist für die dreidimensionale Kultur von menschlichen Bandscheibenzellen benutzt worden. Seine Wirkung wurde mit anderen Zellträgern wie Kollagengel, Agarose, Alginat und Fibringel verglichen.15-17 Es wurde festgestellt, dass der Kollagenschwamm und die Agarose überlegene Mikroumgebungen für die Bildung von ECM bereitstellen. Der Kollagenschwamm sorgte für eine größere Zellproliferation und schien Agarose überlegen zu sein. Obwohl es einigen Forschern gelungen ist, die Injektion von Zellen für das Disc Tissue Engineering zu verwenden18 Ein mit Zellen beladenes Kollagenschwamm-Gerüst erleichtert die In-vivo-Platzierung des Zellträgerkonstrukts.19
Es wurde ein bio-künstliches Periost aus osteogenen Zellen und Kollagenschwamm entwickelt.20 Das bio-künstliche Periost hatte fördernde Effekte auf die in vitro und in vivo Osteogenese. Hepatische Organoide wurden rekonstruiert, indem kleine Hepatozyten (SHs), die hepatische Vorläuferzellen sind, in einem Kollagenschwamm kultiviert wurden.21 Nach 1-monatiger Kultur bildeten sich im Schwamm Zellaggregate, die eine charakteristische Gewebearchitektur aufwiesen: Säulen- und/oder quaderförmige Epithelzellen säumten die Schwammoberfläche. Die Zellen im Kollagenschwamm vermehrten sich aktiv und die Hepatozyten schieden Albumin in das Medium aus. Sabbagh et al. verwendeter Kollagenschwamm für die Kultur von Urothelzellen als vorläufiger Schritt bei der Entwicklung von urothelialen autologen Transplantaten.22 Sie berichteten, dass die Kollagenschwämme das Wachstum und die Schichtung von Urothelzellen unterstützten und ein geeignetes Substrat für die Entwicklung von urothelialen autologen Transplantaten sind. Kollagenschwamm wurde für Zahngewebetechnik verwendet.23 Zellen aus dritten Backenzähnen von Schweinen im frühen Stadium der Kronenbildung befestigten sich schneller und ihre ALP-Aktivität war für das Kollagenschwamm-Gerüst signifikant größer als für ein Polyglykolsäurefaser-Netz. Das Ergebnis zeigt, dass ein Kollagenschwammgerüst die Zahnproduktion mit einem höheren Erfolgsgrad ermöglicht als ein Polyglykolsäurefasergewebe und dass ein Kollagenschwammgerüst einem Polyglykolsäurefasergewebe-Gerüst für das Zahngewebe-Engineering überlegen ist. In: Taylor et al. kultivierte menschliche Herzklappen-Interstitialzellen (ICs) in einem Kollagenschwamm, um eine Konstruktion zu regenerieren, die einem Klappenblatt ähnelt.24
Kollagenschwamm ist ein geeignetes biologisch abbaubares Gerüst, das lebensfähige Ventil-ICs aufrechterhalten kann und die Fähigkeit von Zellen zu verbessern scheint, ihren ursprünglichen Phänotyp auszudrücken. Shimizu et al. verwendeter Kollagenschwamm zur Regeneration von Trachealgewebe durch Anwendung einer In-situ-Tissue-Engineering-Technik zur Rekonstruktion der Atemwege.25-27 Basierend auf ihren früheren erfolgreichen tierexperimentellen Studien wendeten sie die regenerative Technik an, um die Luftröhre einer 78-jährigen Frau mit Schilddrüsenkrebs zu reparieren. Ein mit Kollagenschwamm bedecktes Marlex-Netzrohr wurde als Gewebsgerüst verwendet. Auf der trachealen Luminaloberfläche wurde zwei Jahre lang eine gute Epithelisierung ohne Komplikationen beobachtet.
Buma et al. vergleich der Auswirkungen vernetzter Kollagenmatrizen vom Typ I und Typ II auf das Knorpelgewebe-Engineering.28 Sie kamen zu dem Schluss, dass verschiedene Arten von Kollagenmatrizen bei Gelenkknorpeldefekten in voller Dicke unterschiedliche Gewebeantworten induzieren. Typ-I-Matrizen auf Kollagenbasis sind überlegen, um Vorläuferzellen von einem subchondralen Ursprung in den Defekt zu führen. In Typ-II-Matrizen auf Kollagenbasis ist die Zellmigration geringer, aber eindringende Zellen werden in einen Chondrozyten-Phänotyp geleitet. Basierend auf diesen Beobachtungen scheint es, dass eine Verbundmatrix, die aus einer tiefen Schicht von Kollagen Typ I und einer oberflächlicheren Schicht von Kollagen Typ II besteht, die Matrix der Wahl für die Knorpelregeneration sein könnte. Eine Kollagenmatrix, die aus zwei Schichten besteht, nämlich einer Kollagenschicht vom Typ I / III und einer Kollagenschicht vom Typ II, wurde verwendet, um das morphologische und biochemische Verhalten und die Aktivität menschlicher Chondrozyten aus nichtarthritischem und osteoarthritischem Knorpel zu bewerten. Die Kollagenschicht vom Typ I / III ist weniger porös und weiter in raue und glatte Seiten unterteilt; die glatte Seite ist die der Gelenkhöhle zugewandte Oberfläche. Die beiden Kollagentypen können durch ihre unterschiedliche fibrilläre Größe und Elektronendichte unterschieden werden.29,30 Die poröse Schicht besteht aus Kollagen Typ II und dient der Zellsaat. Es wurde gezeigt, dass Typ-II-Kollagen den Chondrozyten-Phänotyp besser aufrechterhält als Typ-I-Kollagen und daher besser für die Zellsaat geeignet ist. Die Matrizen bestehen aus Schweinekollagen. Durch ultraviolette (UV) Bestrahlung wurde eine mäßige Vernetzung erreicht. Chondrozyten von nichtarthritischem Knorpel zeigten eine größere Anzahl von kugelförmigen Zellen, die mit einem chondrozytischen Phänotyp übereinstimmten. Ein biochemischer Assay zeigte einen Nettoanstieg des GAG-Gehalts in nichtarthritischen Chondrozyten, während in osteoarthritischen Zellen fast keine GAGs beobachtet wurden. Menschliche Gelenkchondrozyten, die aus osteoarthritischem Knorpel isoliert wurden, scheinen nach Expansion und Kultur in einem Schwamm, der aus Kollagen der Typen I, II und III besteht, im Vergleich zu Chondrozyten aus nichtarthritischem Knorpel eine geringere Bioaktivität aufzuweisen.31
Die Kulturbedingungen und die Freisetzung von Wachstumsfaktoren wurden für die Kultur in Kollagenschwamm kombiniert.32-34 Die mittleren Perfusions- und dynamischen Kulturbedingungen zeigten einige Auswirkungen auf die Chondrogenese von Gelenkchondrozyten, wenn sie in Kollagenschwämmen kultiviert wurden. In: Yates et al. bewertete poröse 3D-Kollagenschwämme für das In-vitro-Engineering von Knorpel unter Standard- und serumfreien Kulturbedingungen.32 Sie berichteten, dass poröse 3D-Kollagenschwämme die Lebensfähigkeit, Form und synthetische Aktivität der Chondrozyten aufrechterhalten, indem sie eine Umgebung schaffen, die für die Chondrogenese mit hoher Dichte günstig ist, und dass Kollagenschwämme Potenzial als Gerüst für das Knorpelgewebe-Engineering haben. In: Tabata et al. kombinierter Kollagenschwamm mit einer entsprechenden kontrollierten Freisetzung von bFGF, um eine In-situ-Bildung von Fettgewebe bei Ratten zu erreichen.35 Sie kamen zu dem Schluss, dass eine Kombination von Gerüstkollagen mit einer geeigneten kontrollierten Freisetzung von bFGF unerlässlich ist, um die In-situ-Bildung von Fettgewebe auch ohne Präadipozyten zu erreichen.
