Andamios descelularizados derivados de la manzana para la ingeniería de tejidos óseos in vitro e in vivo

Maxime Leblanc Latour; Maryam Tarar; Ryan J. Hickey; Charles M. Cuerrier; Isabelle Catelas; Andrew E. Pelling

doi:10.3791/65226

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Artículo de método

Andamios descelularizados derivados de la manzana para la ingeniería de tejidos óseos in vitro e in vivo

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DOI:

10.3791/65226

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23 de febrero de 2024

Maxime Leblanc Latour¹ , Maryam Tarar² , Ryan J. Hickey¹ , Charles M. Cuerrier¹ , Isabelle Catelas³^,⁴^,⁵ , Andrew E. Pelling¹^,²^,⁶^,⁷

¹Department of Physics, University of Ottawa, ²Department of Biology, University of Ottawa, ³Department of Mechanical Engineering, University of Ottawa, ⁴Department of Surgery, University of Ottawa, ⁵Department of Biochemistry, Microbiology and Immunology, University of Ottawa, ⁶Institute for Science, Society and Policy, University of Ottawa, ⁷SymbioticA, School of Human Sciences, University of Western Australia

En este artículo

Resumen

En este estudio, detallamos métodos de descelularización, caracterización física, imagen e implantación in vivo de biomateriales de origen vegetal, así como métodos para la siembra y diferenciación celular en los andamios. Los métodos descritos permiten la evaluación de biomateriales de origen vegetal para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos.

Resumen

Los biomateriales de celulosa de origen vegetal se han empleado en diversas aplicaciones de ingeniería de tejidos. Los estudios in vivo han demostrado la notable biocompatibilidad de los andamios hechos de celulosa derivada de fuentes naturales. Además, estos andamios poseen características estructurales que son relevantes para múltiples tejidos, y promueven la invasión y proliferación de células de mamíferos. Investigaciones recientes con tejido de hipantio de manzana descelularizado han demostrado la similitud de su tamaño de poro con el del hueso trabecular, así como su capacidad para apoyar eficazmente la diferenciación osteogénica. El presente estudio examinó más a fondo el potencial de los andamios de celulosa derivados de la manzana para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos (BTE) y evaluó sus propiedades mecánicas in vitro e in vivo . Los preosteoblastos MC3T3-E1 se sembraron en andamios de celulosa derivados de manzanas que luego se evaluaron por su potencial osteogénico y propiedades mecánicas. La tinción con fosfatasa alcalina y rojo de alizarina S confirmó la diferenciación osteogénica en andamios cultivados en medio de diferenciación. El examen histológico demostró una invasión celular generalizada y mineralización a través de los andamios. La microscopía electrónica de barrido (SEM) reveló agregados minerales en la superficie de los andamios, y la espectroscopia de dispersión de energía (EDS) confirmó la presencia de elementos fosfato y calcio. Sin embargo, a pesar de un aumento significativo en el módulo de Young después de la diferenciación celular, se mantuvo más bajo que el del tejido óseo sano. Los estudios in vivo mostraron la infiltración celular y el depósito de matriz extracelular dentro de los andamios derivados de manzanas descelularizados después de 8 semanas de implantación en calvaria de rata. Además, la fuerza requerida para retirar los andamios del defecto óseo fue similar a la carga de fractura previamente reportada del hueso nativo de la pantorrilla. En general, este estudio confirma que la celulosa derivada de la manzana es una candidata prometedora para las aplicaciones de BTE. Sin embargo, la disimilitud entre sus propiedades mecánicas y las del tejido óseo sano puede restringir su aplicación a escenarios de baja carga. Es posible que sea necesaria una reingeniería y optimización estructural adicional para mejorar las propiedades mecánicas de los andamios de celulosa derivados de la manzana para aplicaciones de carga.

Introducción

Los defectos óseos grandes causados por una lesión o enfermedad a menudo requieren injertos de biomaterial para una^{regeneración completa}. Las técnicas actuales diseñadas para mejorar la regeneración del tejido óseo utilizan regularmente injertos autólogos, alogénicos, xenogénicos o sintéticos². Para el injerto óseo autólogo, considerado la práctica de injerto "estándar de oro" para reparar defectos óseos grandes, el hueso se extrae del paciente. Sin embargo, este procedimiento de injerto tiene varios inconvenientes, como las limitaciones de tamaño y forma, la disponibilidad de tejido y la morbilidad del sitio de muestreo....