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Articles by Sudhir Khetan in JoVE
JoVE General
組織工学のための3Dハイドロゲルの細胞のカプセル化
1Department of Bioengineering, University of Pennsylvania, 2Department of Bioengineering, University of Pennsylvania-School of Medicine
我々は、合成ハイドロゲル内の細胞の3次元（3D）カプセル化するためのプロトコルを提示する。カプセル化手順は、次の2つの一般的に使用される架橋の方法（マイケル型の加算と光 - 開始フリーラジカル機構）だけでなく、カプセル化された細胞の挙動を評価するためのテクニックの数のために概説されています。
Other articles by Sudhir Khetan on PubMed
合成、in Vitro での劣化、2 成分のポリ (ウレタン エステル） 尿素足場の機械的性質: 水とポリオールの組成の影響。
整形外科の臨床条件の低侵襲治療の開発に特に骨粗鬆症性骨折、脊椎圧迫骨折のための実質的な利点があります。ポリ (ウレタン エステル） 尿素 (PEUUR) 発泡体は、彼らに多孔性足場を形成する注入その場で治すためこれらの条件に対処するため潜在的に有用です。本研究では, 水の濃度とポリエステル トリオールの組成 PEUUR 発泡体の物理化学的、機械的および生物学的特性が及ぼす影響を調べた。液状樹脂 （リジン ジイソシアネート） と硬化剤 (poly(epsilon-caprolactone-co-glycolide-co-DL-lactide) トリオール、第三級アミン触媒, アニオン性安定剤および脂肪酸由来気孔開閉式） を混合し、そして得られた反応性液体の混合物を強化する金型に注入されました。水コンテンツ変えることによって範囲で百部品ポリオールあたり 0.5 に 2.75 部品の気孔率 89.1 から 95.8 vol % に至るまでの材料を調製しました。セル PEUUR 発泡体浸透維持 21 日後、毛穴が意味を開くし、相互接続します。In vitro 材料非細胞毒素分解製品および PEUUR 泡の劣化率の差に翻訳ポリエステル トリオール コンポーネントの半減期の違いが得られました。PEUUR 発泡体がその有利な生物学的および物理的特性のための新しい組織工学の足場および配信システムの設計のための魅力的な機会を提示することを予想します。
制御された一時的な構造をもつ加水分解ヒアルロン酸分解性ハイドロゲル
多糖類は、多数の組織や生物学的機能において、ネイティブのソースに起因する多くの生物学的アプリケーションのための生体材料に加工されています。例えば、ヒアルロン酸（HA）が体内に豊富に発見され、表面の受容体を介して細胞と相互作用し、細胞挙動（例えば、増殖、遊走）を調節することができます。 HAは、以前、ヒアルロニダーゼによって分解されるヒドロゲルを形成する反応性基で修飾されたいずれかの外生的または細胞によって産生さ追加されました。しかし、これらのヒドロゲルは、抑制可能性があり、適切な酵素が存在しない場合、そのアプリケーションは限られています。ここで、初めて、我々は両方の加水分解（エステル基の加水分解を介して）と酵素的に分解可能であり、HAのマクロマーおよびヒドロゲルを合成した。ハイドロゲルの分解と増殖因子の放出は、ハイドロゲルの架橋密度（すなわち、マクロマー濃度）と純粋に酵素分解性マクロマーの共重合によって調整されました。間葉系幹細胞（MSC）がヒドロゲル内にカプセル化されたとき、細胞、組織と組織分布は、共重合体の濃度の影響を受けていた。重要なのは、リリースされ細胞外マトリックス分子（例えば、コンドロイチン硫酸）の分布は、加水分解可能な成分量の増加とともに向上した。全体として、この新しいマクロマーは、生体材料などの用途に向けたHAハイドロゲルの構造の進化上の強化された制御を可能にします。
組織工学におけるアプリケーションのためのハイドロゲルのプロパティを調整する
生体材料設計は、組織工学的応用に向けた重要なコンポーネントです。物理的特性（すなわち、劣化と力学）および化学的特性（例えば、接着や細胞間相互作用）を含む調整することができ、多くのパラメータがあります。これらの設計上のコンポーネントは、組織工学的アプローチの成否を決めるかもしれません。当社グループは、特に細胞の担体としての腫れヒドロゲルの使用に興味を持っています。ハイドロゲルを作製するために使用される一つの材料は、体内の多くの組織で検出されたヒアルロン酸（HA）である。ここでは、細胞による細胞外マトリックスの分布の両方を制御し、細胞がヒドロゲルに広がるかどうかを細胞に大量におよびローカルの両方のハイドロゲルの分解を制御し、表示されます。これらの信号は、最終的な構造と機械的性質人工組織の、潜在的にカプセル化された幹細胞の分化において重要である。
パターニングネットワークの構造は、空間3次元ゲル内の細胞リモデリングと幹細胞の運命を制御する
合成材料の空間的に指示し、3次元（3D）モデリングは、地域細胞の挙動を制御するために役に立つかもしれません。本研究では、順次適用架橋の複数のモードを使用して、ヒアルロン酸ハイドロゲルを合成するプロセスを開発し、プロテアーゼ分解ペプチド架橋を導入する主要な付加反応をし、導入するための非をUV光誘起二次ラジカル反応を（空間的な制御を可能にする）分解運動チェーン。これらの差動ネットワーク構造のどちらかを許可（プライマリ架橋のみ、 "-UV"）または（シーケンシャル架橋、 "+ UV"）細胞のリモデリングを抑制した。この動作は、-UV領域が広がってアーチの伸長とMSCを許可ひよこ大動脈弓またはカプセル化された間葉系幹細胞の拡散（MSCS）の伸長を制御することによって検証されました。さらに、ネットワーク構造が拡散カプセル化されたMSCを制御することにより、空間的な制御で、脂肪細胞/骨形成MSCの運命決定を決定。微小手がかりは、この操作は、3Dで細胞の空間的な制御を必要とする高度な組織工学アプリケーションのための貴重な可能性があります。
合成マトリックスで機能性ヒト血管構築を生成するための形態形成の制御されたアクティベーション
血管形態形成における細胞外マトリックス（ECM）の役割を理解する基礎となる分子メカニズムを研究するためにin vitroモデルとして自然なECMを使用可能になりました。しかし、ほとんどは、プロパティがモジュラー環境で管形成の基本的な理解の両方に向かって、再生医療のために天然素材に臨床的に関連する代替手段として調整することができる合成マトリックスにおける血管形態形成についてはほとんど知られていない。我々は、合成、調整可能なヒアルロン酸（HA）ハイドロゲルを調査し、効率的な血管網を形成するために、ヒト内皮コロニー形成細胞（ECFCs）を有効に接着し、劣化パラメータの両方を決定した。捕捉ECFCsは血管形態形成の各段階でHAハイドロゲルと細胞間相互作用に依存する管形成術を施行した。分岐と発芽がHAハイドロゲルの分解によって有効にしている間液胞と内腔は、インテグリンα（5）β（1）とα（V）β（3）を介して形成されている。血管のネットワークは、ホストの循環と移植後のヒドロゲルでサポートされて血流を吻合ECFCsを含むHAハイドロゲル内に形成された。総称して、我々はECFCsの血管形態形成のシグナル伝達経路を正確に3次元の血管生物学の研究のための有用な機能性微小血管および血管障害と組織再生のアプローチの範囲に向かって、その結果、合成マトリックスで調節することができることを示している。
