Szövetmérnöki és regeneratív orvoslás: Nyílt hozzáférés

Áttekintés a cikk 2. kötetének 3. kiadása

Muhamed Talovic, Madison Marcinczyk, Natalia Ziemkiewicz, Koyal Garg

Ellenőrizze a Captchát

Sajnáljuk a kellemetlenséget: intézkedéseket teszünk annak érdekében, hogy megakadályozzuk a csaló űrlapok beküldését az extrakciók és az oldalfeltérképezők által. Kérjük, írja be a megfelelő Captcha szót az e-mail azonosító megtekintéséhez.

Orvostechnikai Tanszék, Saint Louis University, USA

Levelezés: Koyal Garg, egyetemi adjunktus, Orvosbiológiai Orvostudományi Tanszék, Parks Műszaki Főiskola, Repülés és Technológia, Saint Louis Egyetem, 3507 Lindell Blvd., St. Louis, tel 314-977-8200

Beérkezett: 2017. április 28. | Publikálva: 2017. május 23

Idézet: Talovic M, Marcinczyk M, Ziemkiewicz N és mtsai. Laminin dúsított állványok szövetmérnöki alkalmazásokhoz. Adv Tissue Eng Regen Med Open Access. 2017; 2 (3): 194–200. DOI: 10.15406/atroa.2017.02.00033

A laminin (LM) egy heterotrimer nagy molekulatömegű glikoprotein, amely a legtöbb szövet alaplemezének (vagy bazális membránjának) döntő elemét képezi. Az LM-ek szerves részei a sejtadhéziónak, a proliferációnak, a túlélésnek, a migrációnak és a differenciálódásnak. Számos tanulmány LM bevonattal ellátott 2D szubsztrátot használt az őssejt-fenotípus in vitro tenyésztésére és fenntartására. A legújabb tanulmányok arról számoltak be, hogy az LM beépíthető a 3D állványokba a szövetmérnöki alkalmazásokhoz is. Ez a cikk az LM fehérje bioaktivitását és regenerációs potenciálját szemlélteti 3D állványokban a vázizom, az ideg, az érrendszer és az intervertebrális lemez regenerációja érdekében.

ECM, extracelluláris mátrix; LM, laminin; 3D, háromdimenziós; VML, volumetrikus izomvesztés; PDMS, polidimetil-sziloxán; PEG, polietilénglikol; NMJ, neuromuszkuláris csomópont; AchR, acetilkolin receptor; PGA, poliglikolsav; NGF, idegi növekedési faktor; PEGDA, PEG-diakrilát; PLLA, poli-l-tejsav; SVZ, kamrai alatti zóna; CNS, központi idegrendszer; SGZ, szemcsésebb zóna; TBI, traumás agysérülés; NPSC, idegi progenitor/őssejtek; SDF, sztrómasejtből származó faktor; IVD, az intervertebrális lemez; NP, nucleus pulposus

Dennis és Kosnik olyan 3D vázizomszöveteket konstruált, amelyeket myooidoknak neveznek azáltal, hogy primer vázizom myoblastokat tenyésztenek LM bevonattal ellátott (0,5-1,5 µg/cm 2) SYLGARD szubsztrátumon, horgonypontokkal, amelyek decellularizált izom vagy LM bevonattal ellátott selyemvarratból állnak. 2-3 hetes tenyésztés után az egyes edényekben lévő myotubusok egyrétege levált a SYLGARD szubsztrátról, és hengerbe gördült, miközben csak a rögzítési pontokhoz kapcsolódott. Miután létrejöttek, ezek a myooidok 215µN, maximális izometrikus 440µN és 2,9 kN/m 2 fajlagos erőt produkáltak az elektromos stimulációra in vitro.

Hasonló koncepciót alkalmazva, a polidimetil-sziloxán (PDMS) mikromintás szubsztrátjait 2 ug/cm2 sűrűségű LM-mel vontuk be, hogy egy vonalba állított és tapadó szubsztrátot kapjunk az elsődleges mioblaszt-differenciálódáshoz. A PDMS lemezekre 27 LM bevonattal ellátott selyemvarratot rögzítettek, amelyek rögzítési pontként szolgálnak. Fibrin-gélt (20 mg/ml) adtunk az összefolyó miotubusok tetejére, hogy megkönnyítsük a sejtek szubsztrátról való leválását egyetlen érintetlen hengeres rétegbe a rögzítési pontok között. Az előre beállított vázizom-konstrukciók pozitívan festődtek a miozin nehézláncánál, és szignifikánsan nagyobb kontraktilis erőket produkáltak, mint az illesztetlen konstrukciók. Az előre beállított izomkonstrukciók 215µN csúcsterhelési csúcserőt, 411µN tetanusz csúcserőt és 8,10kN/m 2 fajlagos erőt eredményeztek in vitro.

Bursac és munkatársai bioméretű myobundle-eket hoztak létre, amelyek fibrinogénből (4 mg/ml) és matrigelből (40%) állnak, keverve újszülött patkányból származó vázizom myoblastokkal. 28 A miobundákat feszítés alatt tartották a tenyésztés során, és erősen egymáshoz illeszkedő és keresztirányú csövek (α7 integrin + és α-aktinin +) képződését eredményezték, amelyek képesek voltak izometrikus erőtermelésre (

3mN). A miofiber hipertrófia növekedése és az intracelluláris kalcium tranziensek megnyúlása a bioméretű miobundákban mechanikus alapot szolgáltatott a kontraktilis erő generálásának magas szintjéhez in vitro. Egy későbbi tanulmányban Bursac és munkatársai úgy módosították a biomimetikus hidrogéleket, hogy 20 mg/ml fibrinogént kombináltak

32% matrigel és emberi vázizom myoblastok. 29 A myobundlyokról beszámoltak, hogy elektromosan indukált kalcium-tranzienseket és tetanikus kontrakciókat generálnak (specifikus erő

7mN/mm 2), valamint az erő-hossz és az erő-frekvencia összefüggések, összefoglalva az emberi vázizom legfontosabb funkcionális vonatkozásait. Ezenkívül a myobundlyok funkcionális acetilkolin-receptorokat tartottak fenn, és dózisfüggő hipertrófián vagy toxikus myopathián mentek keresztül az in vitro farmakológiai kezelések hatására.

Egy másik tanulmányban az LM 7,6 ng/cm2 sűrűséggel kovalensen térhálósodott egy poli (etilénglikol) (PEG) hidrogélekkel. 30 Hidrogélek, amelyek utánozták a vázizomzat natív rugalmasságát (

12kPa) elősegítette a vázizomzatból származó műholdas sejtek megújulását a kultúrában. A tanulmány azt is kimutatta, hogy az LM-funkcionalizált pliant hidrogéleken tenyésztett izomszatellit sejtek képesek kiterjedt izomregenerációt támogatni, ha besugárzás útján immunhiányos egerekbe ültetik be őket, akik endogén műholdas sejtekből kimerültek. A tanulmány azonban nem értékelte a vázizom funkcionális javulását a sejtátültetés után. Összességében ezek a tanulmányok azt mutatják, hogy az LM keverhető, bevonható vagy kovalensen összekapcsolható 3D állványokon a vázizom funkcionális regenerációjának támogatása érdekében.

A műholdas sejtek aktivitásának befolyásolása mellett az LM-111 kulcsfontosságú az idegsejtek fenntartásában a perifériás idegekben 31, és a szubsztrátként szolgál a 32 neurit extenzió és az axon növekedés in vivo és in vitro egyaránt. Perifériás idegkárosodás után a sérülés helyén a Schwann-sejtek LM-termelését szabályozzák, hogy elősegítsék az axonális regenerációt. Azoknál az egereknél, amelyeknek nincs LM a2 lánca, a csökkent Schwann-sejtek proliferációja miatt károsodott az axon mielinizáció. Hasonlóképpen, az LM α2 hiánya miatt veleszületett izomdisztrófiában szenvedő embereknél demyelinizáló perifériás neuropathia alakul ki. 34 Az LM hiánya a neuromuscularis junction (NMJ) károsodását is eredményezi. A 35–37 és az exogén LM-111 kiegészítés elősegíti az acetilkolin receptor (AChR) csoportosulását és a funkcionális NMJ képződést in vitro. 7,21,38 LM és az agrin együttesen képesek fokozni az AChR-klaszterek számát, méretét és sebességét. A 38,39 LM az α7β1 integrin és az izomhártya idegsejtjeinek AChR közötti kölcsönhatását is közvetíti, potenciálisan stabilizálja őket, és lehetővé teszi, hogy a bejövő neurit könnyebben beidegezze őket. Ennek eredményeként az LM alapú neurogén anyagokat számos tanulmányban széleskörűen alkalmazták perifériás idegátültetésekként.

Számos tanulmány kombinálta az LM-t a kollagénnel 3D-s állványok létrehozására a perifériás idegregenerációhoz (1. táblázat). Harkins és munkatársai az LM (0-100µg/ml) 3D neurit-kiterjesztésre gyakorolt hatását tanulmányozták az E9 csirke háti gyökér ganglionjától disszociált neuronokban kollagén (0,4-2,0 mg/ml) gélekben. 41 LM kimutatták, hogy homogén módon kapcsolódik a kollagén rostokhoz, és nem változtatta meg a kollagén gélek mechanikai tulajdonságait. Az alacsonyabb kollagén (0,4–0,8 mg/ml) és az LM (1–10 µg/ml) koncentrációjú géleken a neurit kinövése nagyobb volt, jelezve az ECM komponensek dózisfüggő hatását az idegsejtek differenciálódására és a neuritok növekedésére.

Állvány összetétele

Morfológiai tulajdonságok

Mechanikai tulajdonságok

Sejtek és szövetek kölcsönhatásai