Idrogel bioattivi contenenti PEG e frazioni CS (Figura 1) rappresentano una piattaforma ideale per la cultura e la maturazione dei condrociti articolari umani 2,3,5,7. I condrociti di diverse epoche e stati patologici possono essere coltivati con il metodo descritto ed analizzati per la loro fenotipo, espressione genica e proprietà biochimiche e meccaniche del tessuto cartilagineo generato. Tre campioni chondrocyte, juvenile- 6 mesi, adulto-34 anni e osteoarthritic- 74 anni, sono state raccolte dopo 3 settimane di coltura in 3D idrogel biomimetici. Analisi dell'espressione genica di condrociti normali, sia giovani che adulti, hanno mostrato un aumento dell'espressione dei geni COL2A1 e COL6A1 condrociti. Al contrario, condrociti malate mostrato una diminuzione drammatica COL2A1 mantenendo l'espressione di Col6a1 (Figura 2) mostra una perdita di fenotipo condrogenica pur essendo coltivate in un ambiente biomimetico favorevole.
Gli idrogel CS-PEG servono anche come un ambiente dinamico per i condrociti a proliferare, digerire la matrice preesistente di PEG e CS e depositano la loro matrice pericellulare e extracellulare, i principali componenti del tessuto cartilagineo maturo. Alla luce di queste capacità, espansione di condrociti dopo 3 settimane di coltura in vitro può essere stimato per la quantificazione del DNA con il colorante PicoGreen. Analisi comparativa dei tre gruppi di cellule mostrano che la densità cellulare di giovani e adulti popolazioni è rimasto invariato mentre condrociti OA hanno mostrato una diminuzione drammatica rispetto al giorno 1 di cultura. Stata anche osservata una perdita del contenuto di DNA per OA ma non altre condrociti suggerendo possibile morte delle cellule durante la coltura a lungo termine (Figura 3). La matrice secreta è stato quantificato come contenuto solfato-GAG per DMMB test-dye vincolante nella fase punto finale dopo 3 settimane di culture. Contenuto GAG è normalizzata per il peso umido del idrogel come recorded prima della digestione enzimatica e il contributo acellulare viene sottratto. Come mostrato in figura 4, condrociti depositato un'analoga quantità significativa di GAG per 3 settimane di coltura in idrogel 3D.
La presenza di un ponteggio fisica consente la valutazione delle proprietà biomeccaniche dei campioni attraverso unconfined prove di compressione 2,3. Mentre idrogel acellulari subiscono una diminuzione della moduli compressione, costrutti cellulari carichi mantenuti i moduli di compressione dopo 3 settimane in coltura (Figura 4). Il fenotipica, analisi biochimiche e biomeccaniche qui descritte sono quindi utili per valutare e comprendere le potenzialità di diverse popolazioni di condrociti per l'ingegneria cartilagine.

Figura 1. PEG-CS idrogel biomimetici per 3D condrociti cultura. condrociti sono risospesi in una miscela contenente poli (glicole etilenico diacrilato) (PEGDA) e condroitin solfato-metacrilato (CS-MA) e colato nello stampo gel cilindrica su misura. Dopo l'esposizione ai raggi UV, solidificati gel sono raccolti dagli stampi e vitalità cellulare è valutata mediante colorazione morto dal vivo 24 ore post-incapsulamento. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2. Espressione dei geni condrogeniche in condrociti umani coltivati in 3D idrogel biomimetici. Espressione genica quantitativa di marker cartilagine COL2A1 e Col6a1 da giovani, adulti e OA condrociti dopo 3 settimane di coltura in 3D idrogel biomimetici. I valori sono normalizzati a livello di espressione genica a giorno 1. Errore bars rappresentano media ± SD. * p <0,05 come determinato da un test t Student a due code. Modificato da Smeriglio e coll. 2 Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3. contenuto di DNA in condrociti umani coltivati in idrogel biomimetici 3D. Quantificazione del DNA da PicoGreen test in giovani, adulti e OA condrociti dopo 3 settimane di coltura in 3D idrogel biomimetici. I valori sono normalizzati a livello del DNA a giorno 1. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
/> Figura 4. Misurazione del contenuto di GAG e test di compressione non confinato di condrociti umani in giorno 1 e dopo 3 settimane di cultura in 3D idrogel biomimetici. (A) GAG quantificazione mediante test DMMB in condrociti al giorno 1 e dopo 3 settimane di cultura idrogel biomimetici 3D. I valori sono normalizzati a bagnare peso (ww) ed espressi in mg / g. (B) modulo di compressione (kPa) di acellulari e cellulari carichi di idrogel a giorno 1 e dopo 3 settimane di cultura in 3D idrogel biomimetici. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.