Gąbka kolagenowa

15.3 gąbka kolagenowa

gąbki kolagenowe są zwykle tworzone przez liofilizację wodnego roztworu kolagenu.9-11 proces liofilizacji obejmuje zamrażanie wodnego roztworu kolagenu lub żelu kolagenowego w niskiej temperaturze, a następnie sublimację kryształków lodu przez próżnię w niskiej temperaturze. Temperatura zamrażania i szybkość zamrażania mają pewien wpływ na porowatą strukturę powstałej gąbki kolagenowej. Szybkie zamrażanie w niskich temperaturach powoduje pękanie, jednolite małe kanały i wytwarzanie struktury włóknistej. Powolne zamrażanie w wyższych temperaturach powoduje nierównomierność i duże pory z większą liczbą zapadniętych porów niż ciągłe kanały. Jednokierunkowo strukturalna gąbka kolagenowa została przygotowana metodą jednokierunkowego zamrażania-suszenia.12 Faraj i in. przygotowano trójwymiarowe rusztowania kolagenowe o specyficznej trójwymiarowej konstrukcji strukturalnej przypominającej rzeczywistą macierz zewnątrzkomórkową (ECM) określonej tkanki przy użyciu specyficznych reżimów zamrażania.Opracowano 13 rusztowań kolagenowych przypominających miąższową (pęcherzykową) architekturę płuc w kształcie kubka, rusztowania naśladujące równoległą kolagenową organizację ścięgna i rusztowania naśladujące trójwymiarową organizację skóry. Morfologię rusztowania można kontrolować za pomocą szybkości zamrażania, rodzaju zawiesiny i specyficznych dodatków (np. etanolu).

rusztowania z gąbki kolagenowej zostały wykorzystane do inżynierii tkankowej różnych tkanek i narządów. Juncosa-Melvin et al. stworzono autogenne konstrukty ścięgien modyfikowane tkankowo przez wysiewanie mezenchymalnych komórek macierzystych królika w gąbkach kolagenowych typu I.14 gąbka kolagenowa została wykorzystana do trójwymiarowej Kultury ludzkich komórek krążka międzykręgowego. Jego działanie porównywano z innymi nośnikami komórkowymi, takimi jak żel kolagenowy, agaroza, alginian i żel fibrynowy.15-17 stwierdzono, że gąbka kolagenowa i agaroza zapewniają doskonałe mikrośrodowiska do tworzenia ECM. Gąbka kolagenowa zapewniała większą proliferację komórek i wydawała się lepsza od agarozy. Chociaż niektórym badaczom udało się wykorzystać wstrzyknięcie komórek do inżynierii tkanek dyskowych,18 gąbczaste rusztowanie kolagenowe załadowane komórkami ułatwia in vivo umieszczenie konstrukcji nośnika komórkowego.19

opracowano bio-Sztuczną okostną złożoną z komórek osteogennych i gąbki kolagenowej.Bio-sztuczna okostna miała wpływ promocyjny na osteogenezę in vitro i In vivo. Organoidy wątrobowe zrekonstruowano przez hodowlę małych hepatocytów (SHs), które są komórkami progenitorowymi wątroby, w gąbce kolagenowej.21 Po 1 miesiącu hodowli w gąbce uformowano Agregaty komórkowe o charakterystycznej architekturze tkankowej: kolumnowe i / lub prostopadłościenne komórki nabłonkowe wyściełały powierzchnię gąbki. Komórki w gąbce kolagenowej aktywnie rozmnażały się, a hepatocyty wydalały albuminę do podłoża. Sabbagh et al. używana gąbka kolagenowa do hodowli komórek urotelialnych jako wstępny krok w inżynierii autologicznych przeszczepów urotelialnych.Stwierdzono, że gąbki kolagenowe wspierają wzrost i stratyfikację komórek urotelialnych i są odpowiednim substratem do rozwoju autologicznych przeszczepów urotelialnych. Gąbka kolagenowa była używana do inżynierii tkanek zęba.23 komórki z trzeciego zęba trzonowego świń na wczesnym etapie tworzenia korony przyłączały się szybciej, a ich aktywność ALP była znacznie większa w przypadku gąbczastego rusztowania kolagenowego niż w przypadku siatki z włókna poliglikolowego. Wynik wskazuje, że rusztowanie z gąbki kolagenowej pozwala na produkcję zębów z większym powodzeniem niż siatka z włókna poliglikolowego, a rusztowanie z gąbki kolagenowej jest lepsze od rusztowania z siatki z włókna poliglikolowego do inżynierii tkanek zęba. Taylor et al. hodowane ludzkie komórki śródmiąższowe zastawki serca (ICs) w gąbce kolagenowej w celu regeneracji konstrukcji przypominającej ulotkę zastawki.24

gąbka kolagenowa jest odpowiednim biodegradowalnym rusztowaniem, które może utrzymać żywotne Układy zastawkowe i wydaje się zwiększać zdolność komórek do wyrażania ich pierwotnego fenotypu. Shimizu et al. używana gąbka kolagenowa do regeneracji tkanki tchawicy poprzez zastosowanie techniki inżynierii tkankowej in situ do rekonstrukcji dróg oddechowych.25-27 w oparciu o poprzednie udane eksperymentalne badania na zwierzętach zastosowali technikę regeneracyjną do naprawy tchawicy 78-letniej kobiety z rakiem tarczycy. Jako rusztowanie tkankowe użyto rurki z siatki Marlex pokrytej gąbką kolagenową. Od dwóch lat obserwuje się dobrą epitelializację na powierzchni luminalnej tchawicy bez powikłań.

Buma i in. porównano wpływ usieciowanych matryc kolagenowych typu I i typu II na inżynierię tkanki chrzęstnej.28 doszli do wniosku, że różne rodzaje matryc kolagenowych indukują różne odpowiedzi tkankowe w defektach chrząstki stawowej o pełnej grubości. Matryce oparte na kolagenie typu I są lepsze do kierowania komórek progenitorowych z pochodzenia podchrzęstnego do defektu. W matrycach opartych na kolagenie typu II migracja komórek jest mniejsza, ale komórki inwazyjne są kierowane do fenotypu chondrocytów. Na podstawie tych obserwacji wydaje się, że matryca złożona składająca się z głębokiej warstwy kolagenu typu I i bardziej powierzchownej warstwy kolagenu typu II może być matrycą z wyboru do regeneracji chrząstki. Matryca kolagenowa złożona z dwóch warstw, mianowicie warstwy kolagenu typu I / III i warstwy kolagenu typu II, została wykorzystana do oceny morfologicznego i biochemicznego zachowania i aktywności ludzkich chondrocytów pobranych z chrząstki nieartrytycznej i kostno-stawowej. Warstwa kolagenu typu I / III jest mniej porowata i jest dalej podzielona na szorstkie i gładkie strony; strona gładka to powierzchnia skierowana do jamy stawowej. Dwa typy kolagenu można odróżnić przez ich różną wielkość fibrylarną i gęstość elektronów.29,30 warstwa porowata składa się z kolagenu typu II i służy procesowi siewu komórek. Wykazano, że kolagen typu II utrzymuje fenotyp chondrocytów w lepszym stopniu niż kolagen typu I i dlatego jest bardziej odpowiedni do wysiewu komórek. Matryce składają się z kolagenu wieprzowego. Umiarkowane sieciowanie zostało osiągnięte przez promieniowanie ultrafioletowe (UV). Chondrocyty chrząstki stawowej ujawniły większą liczbę kulistych komórek, zgodnych z fenotypem chondrocytów. Badanie biochemiczne wykazało wzrost netto zawartości GAG w chondrocytach nieartrytycznych, podczas gdy prawie nie zaobserwowano gag w komórkach kości i stawów. Ludzkie chondrocyty stawowe wyizolowane z chrząstki kostno-stawowej wydają się mieć mniejszą bioaktywność po ekspansji i hodowli w gąbce składającej się z kolagenu typu I, II I III w porównaniu z chondrocytami z chrząstki nieartrytycznej.31

warunki hodowli i uwalnianie czynników wzrostu zostały połączone w celu hodowli w gąbce kolagenowej.32-34 średnia perfuzja i dynamiczne warunki hodowli wykazały pewien wpływ na chondrogenezę chondrocytów stawowych podczas hodowli w gąbkach kolagenowych. Yates et al. oceniono porowate, trójwymiarowe gąbki kolagenowe pod kątem inżynierii in vitro chrząstki zarówno w warunkach hodowli standardowej, jak i bez surowicy.32 poinformowano, że porowate gąbki kolagenowe 3D utrzymują żywotność chondrocytów, kształt i aktywność syntetyczną, zapewniając środowisko korzystne dla chondrogenezy o wysokiej gęstości i że gąbki kolagenowe mają potencjał jako rusztowania dla inżynierii tkanki chrzęstnej. Tabata i in. połączona gąbka kolagenowa z odpowiednim kontrolowanym uwalnianiem bFGF w celu uzyskania in situ tworzenia tkanki tłuszczowej u szczurów.Stwierdzono, że połączenie kolagenu rusztowania z odpowiednim kontrolowanym uwalnianiem bFGF jest niezbędne do osiągnięcia in situ tworzenia tkanki tłuszczowej, nawet bez preadipocytów.