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Articles by Sudhir Khetan in JoVE
JoVE General
Incapsulamento cellulare in idrogel 3D per l'ingegneria tissutale
1Department of Bioengineering, University of Pennsylvania, 2Department of Bioengineering, University of Pennsylvania-School of Medicine
Vi presentiamo i protocolli per le 3 dimensioni (3D) incapsulamento delle celle all'interno di idrogel sintetico. La procedura di incapsulamento viene delineato per due metodi comunemente usati di reticolazione (michael-tipo di addizione e di luce iniziata meccanismi di radicali liberi), come pure una serie di tecniche per la valutazione del comportamento delle cellule incapsulate.
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Sintesi E Degradazione in Vitro Proprietà Meccaniche Dei Due Componenti Poli (uretano Estere) Urea Ponteggi: Gli Effetti Della Composizione Dell'acqua E Poliolo
Lo sviluppo di terapie minimamente invasive per condizioni cliniche ortopediche ha notevoli vantaggi, soprattutto per fratture osteoporotiche fragilità e fratture vertebrali di compressione. Poli (uretano estere) urea (PEUUR) le schiume sono potenzialmente utili per affrontare queste condizioni perché ne curino in situ su iniezione per formare ponteggi porosi. In questo studio, sono stati studiati gli effetti della composizione di acqua concentrazione e poliestere triolo sulle proprietà fisico-chimiche, meccaniche e biologiche delle schiume PEUUR. Una resina liquida (diisocianato di lisina) e indurente (poly(epsilon-caprolactone-co-glycolide-co-DL-lactide) Triolo, catalizzatore di ammina terziaria, stabilizzatore anionici e opener poro derivati degli acidi grassi) sono stati mescolati, e la miscela di liquida reattiva risultante è stata iniettata in uno stampo per indurire. Variando il contenuto d'acqua sopra la gamma di parti di 0,5 al 2,75 per cento parti poliolo, sono stati preparati i materiali con porosità che vanno da 89,1 a 95,8% vol. Cellule permeato le schiume PEUUR dopo 21 giorni post-seeding, implicando che i pori sono aperto e interconnesso. In vitro, i materiali ha reso prodotti di decomposizione non citotossiche e le differenze nell'emivita del poliestere triolo componente tradotto a differenze nei tassi di degradazione PEUUR schiuma. Anticipiamo che le schiume PEUUR presenterà interessanti opportunità per il design del nuovi tessutale ponteggi e sistemi di erogazione a causa delle loro proprietà biologiche e fisiche favorevoli.
Idrogel Di Acido Ialuronico Idrolitico Degradabile Con Strutture Temporali Controllati
Polisaccaridi sono essere trasformati in biomateriali per numerose applicazioni biologiche a causa della loro origine nativa in numerosi tessuti e funzioni biologiche. Per esempio, acido ialuronico (HA) si trova abbondantemente nel corpo, interagisce con le cellule attraverso i recettori di superficie e possono regolare il comportamento cellulare (ad esempio, la proliferazione, la migrazione). HA in precedenza è stato modificato con gruppi reattivi a forma idrogel che sono degradati da hyaluronidases, o aggiunto in maniera esogena o prodotte dalle cellule. Tuttavia, questi idrogel possono essere inibitorio e le loro applicazioni sono limitate, se non sono presenti gli enzimi appropriati. Qui, per la prima volta, abbiamo sintetizzato HA macromers e idrogel che sono entrambi idrolitico (tramite idrolisi gruppo estere) ed enzimaticamente degradabili. Il rilascio di degradazione e fattore di crescita di idrogel era su misura attraverso l'idrogel cross-linking densità (cioè, macromer concentrazione) e copolimerizzazione con macromers puramente enzimaticamente degradabili. Quando le cellule staminali mesenchimali (MSCs) sono state incapsulate nell'idrogel, distribuzione di organizzazione e del tessuto cellulare fu influenzata dalla concentrazione copolimero. Soprattutto, la distribuzione delle molecole rilasciate matrice extracellulare (ad es., solfato di condroitina) è stata migliorata con l'aumento della quantità del componente idrolitico degradabili. Nel complesso, questo nuovo macromer consente un controllo maggiore sulla evoluzione strutturale dell'idrogel HA verso applicazioni come biomateriali.
Tuning Proprietà Idrogel Per Applicazioni in Ingegneria Tissutale
Biomateriale design è una componente importante verso applicazioni di ingegneria dei tessuti. Ci sono molti parametri che possono essere regolati tra cui proprietà fisiche (cioè, degrado e meccanica) e proprietà fisica-chimiche (ad esempio, le interazioni adesione e cellulari). Questi componenti di progettazione possono dettare il successo o il fallimento di un approccio di ingegneria dei tessuti. Il nostro gruppo è particolarmente interessato nell'utilizzo di idrogel gonfie come elementi portanti delle cellule. Un materiale che viene utilizzato per fabbricare gli idrogel è l'acido ialuronico (HA), che si trova in molti tessuti del corpo. Qui, vi mostriamo il controllo sulla degradazione idrogel, sia nel bulk e localmente alle cellule per controllare la distribuzione della matrice extracellulare da parte delle cellule sia o meno una cella si diffonde nell'idrogel. Questi segnali sono importanti per la struttura finale e proprietà meccaniche dei tessuti ingegnerizzati e potenzialmente la differenziazione delle cellule staminali incapsulate.
Creazione Struttura Di Rete Di Controllare Spazialmente Rimodellamento Cellulare E Destino Delle Cellule Staminali All'interno Di Idrogel 3-dimensionale
Lo spazialmente diretto tridimensionale (3D) rimodellamento dei materiali sintetici può essere utile a regionalmente comportamento delle cellule di controllo. In questo lavoro, abbiamo sviluppato un processo per sintetizzare acido ialuronico idrogel utilizzando modalità multiple di reticolazione applicati in sequenza; una reazione di addizione primaria introdurre proteasi legami crociati peptidici degradabile, quindi una UV indotta da luce secondaria radicale reazione (abilitazione controllo spaziale) per introdurre catene cinetiche non degradabili. Questi differenziali rete strutture sia consentito (primaria reticolazione solo, "-UV") o inibito (reticolazione sequenza, "+ UV") rimodellamento cellulare. Questo comportamento è stato convalidato controllando l'escrescenza da archi aortici pulcino o la diffusione di incapsulato cellule staminali mesenchimali (MSCs), dove solo regioni -UV consentito escrescenza arco e MSC diffusione. Inoltre, strutture di rete dettata adipogenic/osteogeniche decisioni di destino MSC, con controllo spaziale, controllando incapsulato MSC diffusione. Questa manipolazione di spunti microenvironmental possa essere utile per applicazioni di ingegneria avanzata dei tessuti che richiedono il controllo spaziale delle cellule in 3D.
Controllata Attivazione Della Morfogenesi Per Generare Un Funzionale Microvasculature Umana in Una Matrice Sintetica
Comprensione del ruolo della matrice extracellulare (ECM) nella morfogenesi vascolare è stato possibile utilizzando ECMs naturale come in modelli in vitro per studiare i meccanismi molecolari sottostanti. Tuttavia, poco è noto sulla morfogenesi vascolare in matrici sintetiche dove proprietà può essere sintonizzato verso entrambi i comprensione di base di tubulogenesis in ambienti modulari e come alternativa clinicamente rilevante di materiali naturali per la medicina rigenerativa. Abbiamo investigato gli idrogel sintetico, sintonizzabile l'acido ialuronico (HA) e determinati parametri l'adesione e la degradazione che consentono umane cellule endoteliali formanti (ECFCs) per formare efficienti reti vascolari. ECFCs intrappolata subì tubulogenesis dipendono le interazioni cellulari con l'idrogel HA durante ogni fase di morfogenesi vascolare. Vacuolo e lume formata attraverso le integrine α(5)β(1) e α(V)β(3), mentre la ramificazione e germinazione sono state attivate dal degrado idrogel HA. Reti vascolari formano all'interno HA idrogel contenenti ECFCs anastomosed con circolazione dell'host e supportato il flusso di sangue nell'idrogel dopo il trapianto. Collettivamente, mostriamo che le vie di segnalazione della morfogenesi vascolare di ECFCs possono essere regolamentate precisamente in una matrice sintetica, risultante in un funzionale microvasculature utile per lo studio della biologia vascolare 3-dimensionale e verso una gamma di disturbi vascolari e approcci nella rigenerazione dei tessuti.
