Преглед на статия том 2 брой 3

обогатени

Мухамед Талович, Мадисън Марчинчик, Наталия Зимкевич, Коял Гарг

Проверете Captcha

Съжаляваме за неудобството: предприемаме мерки за предотвратяване на измамни подавания на формуляри от екстрактори и обхождане на страници. Моля, въведете правилната дума на Captcha, за да видите имейл идентификатор.

Катедра по биомедицинско инженерство, Университет Сейнт Луис, САЩ

Кореспонденция: Коял Гарг, асистент, катедра по биомедицинско инженерство, Парк колеж по инженерство, авиация и технологии, Университет Сейнт Луис, бул. Линдел 3507, Сейнт Луис, тел. 314-977-8200

Получено: 28 април 2017 г. | Публикувано: 23 май 2017 г.

Цитат: Talovic M, Marcinczyk M, Ziemkiewicz N, et al. Обогатени с ламинин скелета за тъканни инженерни приложения. Adv Tissue Eng Regen Med Отворен достъп. 2017; 2 (3): 194–200. DOI: 10.15406/atroa.2017.02.00033

Ламининът (LM) е хетеротримерен гликопротеин с голямо молекулно тегло, който формира ключов компонент на основната пластина (или базалната мембрана) на повечето тъкани. LM са интегрални за клетъчната адхезия, пролиферация, оцеляване, миграция и диференциация. Няколко проучвания използват LD покрит 2D субстрат за култивиране и поддържане на фенотип на стволови клетки in vitro. Последните проучвания съобщават, че LM може да бъде включен и в 3D скелета за приложения на тъканното инженерство. Тази статия илюстрира биоактивността и регенеративния потенциал на LM протеина в 3D скелета за регенерация на скелетните мускули, нервите, съдовите и междупрешленните дискове.

ECM, извънклетъчен матрикс; LM, ламинин; 3D, триизмерни; VML, обемна мускулна загуба; PDMS, полидиметилсилоксан; PEG, поли етилен гликол; NMJ, нервно-мускулна връзка; AchR, ацетилхолинов рецептор; PGA, полигликолова киселина; NGF, нервен растежен фактор; PEGDA, PEG-диакрилат; PLLA, поли л-млечна киселина; SVZ, субкамерна зона; ЦНС, централна нервна система; SGZ, субгранулирана зона; TBI, черепно-мозъчна травма; NPSC, невронни предшественици/стволови клетки; SDF, фактор, получен от стромални клетки; IVD, междупрешленния диск; NP, ядро ​​пулпус

Денис и Косник конструират 3D скелетно-мускулни тъканни конструкции, наречени миоиди чрез култивиране на първични скелетни мускулни миобласти върху LM покрит (0,5-1,5 µg/cm 2) субстрат SYLGARD с опорни точки, съставени от децелуларизиран мускулен или копринен шев с LM покритие. 26 След 2-3 седмици култивиране, монослоят от миотръби във всяка чиния се отделя от основата на SYLGARD и се навива в цилиндър, като остава само прикрепен към опорните точки. Веднъж образувани, тези миоиди произвеждат сила на потрепване от 215µN, максимална изометрична сила от 440µN и специфична сила от 2,9kN/m 2 в отговор на електрическа стимулация in vitro.

Използвайки подобна концепция, микрошареневите субстрати от полидиметилсилоксан (PDMS) бяха покрити с LM с плътност 2 ug/cm2, за да се осигури подравнен и адхезивен субстрат за първична диференциация на миобластите. 27 копринени конци с покритие LM бяха закрепени в плочите на PDMS, за да служат като опорни точки. Фибринов гел (20 mg/ml) се добавя върху сливащите се миотруби, за да се улесни отделянето на клетките от субстрата в един непокътнат цилиндричен слой между опорните точки. Предварително подравнените скелетни мускулни конструкции оцветяват положително за миозиновата тежка верига и произвеждат значително по-високи съкратителни сили в сравнение с неприведените конструкции. Предварително подравнените мускулни конструкции произвеждат пикова сила на потрепване от 215µN, пикова сила на тетанус от 411µN и специфична сила от 8,10kN/m 2 in vitro.

Bursac и колеги създадоха биоинженерни миобундове, съставени от фибриноген (4 mg/ml) и матригел (40%), смесени с миобласти на скелетните мускули, получени от новородени. 28 Миобундлите се държат под напрежение по време на културата и водят до образуването на силно подравнени и напречно набраздени миотуби (α7 интегрин + и α-актинин +), които са способни да произвеждат изометрична сила (

3mN). Увеличението на хипертрофията на миофибрите и удължаването на вътреклетъчните преходни процеси на калция в биоинженерните миопундове осигуриха механистичната основа за високите нива на генериране на контрактилна сила in vitro. В последващо проучване Bursac и колеги модифицират биомиметичните хидрогелове, като комбинират 20 mg/ml фибриноген с

32% матригел и миобласти на човешки скелетни мускули. 29 Съобщава се, че миобундлите генерират електрически индуцирани преходни процеси на калция и тетанични контракции (специфична сила

7mN/mm 2), както и връзката сила-дължина и сила-честота, рекапитулирайки ключови функционални аспекти на човешкия скелетен мускул. Освен това миобундолите поддържат функционални ацетилхолинови рецептори и претърпяват дозозависима хипертрофия или токсична миопатия в отговор на фармакологично лечение in vitro.

В друго проучване LM е ковалентно омрежена при плътност 7,6 ng/cm 2 с поли (етилен гликол) (PEG) хидрогелове. 30 хидрогела, имитиращи естествената еластичност на скелетните мускули (

12kPa) насърчава обновяването на сателитните клетки, получени от скелетните мускули в културата. По-нататък проучването показа, че мускулните сателитни клетки, култивирани върху LM функционализирани гъвкави хидрогелове, са в състояние да поддържат обширна мускулна регенерация, когато се имплантират в имунодефицитни мишки, изчерпани от ендогенни сателитни клетки чрез облъчване. Изследването обаче не оценява функционални подобрения в скелетната мускулатура след трансплантация на клетки. Взети заедно, тези проучвания показват, че LM може да се смесва, покрива или ковалентно омрежва на 3D скелета, за да поддържа функционална регенерация на скелетните мускули.

Освен че влияе върху сателитната клетъчна активност, LM-111 също е от решаващо значение за поддържане на нервните клетки в периферните нерви 31 и служи като основен субстрат за удължаване на неврит 32 и растеж на аксон, 33 in vivo и in vitro. След нараняване на периферните нерви, производството на LM от клетките на Шван на мястото на нараняване се регулира, за да насърчи регенерацията на аксоните. Мишки, които нямат LM α2 верига, показват нарушена миелинизация на аксони поради намалена пролиферация на Schwann клетки. По същия начин хората, страдащи от вродена мускулна дистрофия поради липса на LM α2, развиват демиелинизираща периферна невропатия. 34 Липсата на LM също води до нарушено развитие на нервно-мускулната връзка (NMJ). 35–37 и екзогенните добавки LM-111 насърчават групирането на ацетилхолинови рецептори (AChR) и формирането на NMJ in vitro. 7,21,38 LM и агрин могат да действат заедно, за да подобрят броя, размера и скоростта на AChR клъстерите. 38,39 LM също така медиира взаимодействието между интегрин α7β1 и невронните AChR клъстери върху мускулната мембрана, потенциално ги стабилизирайки и позволявайки им да бъдат по-лесно инервирани от входящия неврит. 40 В резултат на това неврогенни материали, базирани на LM, са широко използвани като присадки на периферни нерви в няколко проучвания.

Редица изследвания комбинират LM с колаген, за да създадат 3D скелета за регенерация на периферните нерви (Таблица 1). Харкини и колеги са изследвали въздействието на LM (0-100µg/ml) върху 3D невритното удължаване в неврони, отделени от ганглия на гръбначния корен на пиле E9 в колагенови (0,4-2,0 mg/ml) гелове. Показано е, че 41 LM се свързва хомогенно с колагеновите влакна и не променя механичните свойства на колагеновите гелове. Невритният растеж е по-голям при гелове, съставени от по-ниски концентрации на колаген (0,4-0,8 mg/ml) и LM (1-10 μg/ml), което показва дозозависим ефект на компонентите на ECM върху диференциацията на невроните и растежа на невритите.

Състав на скеле

Морфологични свойства

Механични свойства

Клетъчни и тъканни взаимодействия