Sviluppo di terapie combinatorie per le lesioni del midollo spinale utilizzando la somministrazione di cellule staminali
7 giugno 2024
In questo studio, sono stati sviluppati e caratterizzati idrogel compositi nervo-mimetici che possono essere utilizzati per studiare e capitalizzare il comportamento pro-rigenerativo delle cellule staminali di derivazione adiposa per la riparazione delle lesioni del midollo spinale.
In questo studio, viene sviluppata una piattaforma combinata di somministrazione cellulare per la lesione del midollo spinale utilizzando idrogel derivati da tessuti decellularizzati. L'efficacia della decellularizzazione e della vitalità cellulare negli idrogel compositi viene analizzata per determinarne il potenziale come piattaforma di coltura 3D. I risultati permetteranno ulteriori indagini sui potenziali terapeutici per la lesione del midollo spinale.
Recentemente, nel campo della riparazione delle lesioni del midollo spinale, la decellularizzazione è stata ampiamente utilizzata nel contesto degli idrogel. Questo processo rimuove tutti i detriti cellulari e nucleari dai tessuti o dagli organi per prevenire una risposta immunitaria negativa, preservando al contempo i componenti della matrice extracellulare. Ora che gli idrogel nervosi compositi sono ottimizzati, la caratterizzazione della piattaforma continuerà per massimizzare il comportamento neuro-rigenerativo degli ASC per la riparazione del midollo spinale.
Questo lavoro contribuirà allo sviluppo della terapia combinatoria per la riparazione delle lesioni del midollo spinale, in particolare per migliorare la terapia con cellule staminali per una potenziale traduzione clinica. Per cominciare, scongelare il midollo spinale congelato a quattro gradi Celsius in frigorifero per 18-24 ore prima della decellularizzazione. Usando forbici sterili, rimuovi con cura la dura matter.
Taglia il midollo spinale in piccoli pezzi, lunghi circa un centimetro. Metti tre pezzi in un tubo da 50 millilitri. Risciacquare il midollo spinale con acqua deionizzata a quattro gradi Celsius per 18-24 ore a 60 giri/min.
Successivamente, risciacquare il midollo spinale con EDTA allo 0,025% di tripsina, seguito da PBS per 15 minuti due volte. Successivamente, risciacquare il midollo spinale con le seguenti soluzioni per la decellularizzazione. Infine, risciacqua il midollo spinale con acqua deionizzata per un'ora due volte, seguita da PBS per un'ora.
Poi, liofilizza il midollo spinale a 0,01 millibar e 56 gradi Celsius per tre giorni prima di conservarlo fino all'uso. Scongelare il nervo sciatico suino precedentemente congelato a quattro gradi Celsius in frigorifero per 18-24 ore prima della decellularizzazione. Ora, taglia il nervo sciatico in piccoli pezzi, lunghi circa un centimetro.
Metti tre pezzi in un tubo da 50 millilitri. Risciacqua il nervo sciatico con acqua deionizzata per sette ore. Successivamente, risciacquare il nervo sciatico con le seguenti soluzioni per la decellularizzazione.
Poi, liofilizzalo a 0,01 millibar e 56 gradi Celsius per tre giorni prima di conservarlo fino all'uso. Inizia usando forbici autoclave per tagliare in polvere il midollo spinale e il nervo sciatico suini, precedentemente decellularizzati. Digerire i tessuti separatamente in una soluzione normale di acido cloridrico 0,01 contenente un milligrammo per millilitro di pepsina a una concentrazione di 15 milligrammi per millilitro.
Inserire una barra magnetica nella soluzione e mescolare a 500 giri/min per almeno quattro giorni a quattro gradi Celsius per generare soluzioni di Pregel. Mescola pregel per nervo sciatico e midollo spinale. Successivamente, diluire l'idrogel alla concentrazione desiderata usando mezzo M199 e PBS.
Usa un normale idrossido di sodio e acido cloridrico per regolare il pH a 7,4. Una volta regolato il pH, si risospendono le cellule staminali umane derivate dall'adiposo nel pregel a una densità di 1 milione di cellule per millilitro. Diluisci il pregel a 12 milligrammi per millilitro usando PBS.
Mettilo nei pozzi, poi posiziona il coperchio PDMS sul pregel. Incubare il piatto per 30 minuti a 37 gradi Celsius. Poi, aggiungi PBS ai pozzi.
Rimuovi il coperchio del PDMS e la soluzione. Aggiungere substrati di crescita ASC agli idrogel carichi di ASC e incubare a 37 gradi Celsius per la coltura.
Panoramica
Questo studio sviluppa una piattaforma di somministrazione cellulare combinatoria utilizzando idrogel derivati da tessuto decellularizzato per la riparazione delle lesioni del midollo spinale. Gli idrogel sono caratterizzati per valutare la loro efficacia e potenziale come piattaforma di coltura 3D per le cellule staminali derivate dal tessuto adiposo.
Componenti principali dello studio
Area di scienza
- Neuroscienze
- Medicina rigenerativa
- Biomateriali
Contesto
- La decellularizzazione rimuove i detriti cellulari per prevenire risposte immunitarie.
- I componenti della matrice extracellulare sono preservati durante la decellularizzazione.
- Gli idrogel sono stati ampiamente studiati per la riparazione delle lesioni del midollo spinale.
- Le cellule staminali derivate dal tessuto adiposo (ASC) mostrano un comportamento pro-rigenerativo.
Obiettivo dello studio
- Sviluppare idrogel compositi mimetici nervosi.
- Investigare il comportamento pro-rigenerativo delle ASC.
- Ottimizzare gli idrogel per la riparazione delle lesioni del midollo spinale.
Metodi utilizzati
- Sviluppo di idrogel derivati da tessuto decellularizzato.
- Analisi della vitalità cellulare negli idrogel compositi.
- Caratterizzazione degli idrogel per massimizzare il comportamento neuro-rigenerativo.
- Valutazione dei potenziali terapeutici per le lesioni del midollo spinale.
Principali risultati
- Gli idrogel compositi hanno dimostrato un'efficace decellularizzazione.
- È stata osservata un'alta vitalità cellulare negli idrogel.
- Gli idrogel hanno mostrato potenziale come piattaforma di coltura 3D.
- È prevista un'ulteriore caratterizzazione per migliorare il comportamento delle ASC.
Conclusioni
- Gli idrogel mimetici nervosi possono facilitare la ricerca sulle lesioni del midollo spinale.
- Gli idrogel decellularizzati possono migliorare le applicazioni terapeutiche delle ASC.
- Un'ulteriore ottimizzazione è essenziale per una riparazione efficace del midollo spinale.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Combinatorial hydrogel platforms integrating decellularized nerve matrices and stem cell delivery address the multifactorial challenges of spinal cord injury repair. This approach enables the creation of disease-relevant 3D systems for evaluating neuro-regenerative strategies, supporting predictive confidence in early-stage therapeutic development. The platform's modularity positions it for portfolio-wide application in regenerative medicine R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neuro-regenerative hypotheses in a controlled 3D environment.
- Supports biological de-risking by isolating ECM and stem cell contributions to repair.
- Facilitates functional target validation for combinatorial therapeutic strategies.
- Provides a foundation for predictive confidence in regenerative mechanism studies.
Screening & Assay Development
- Establishes validated 3D culture systems for downstream compound or cell screening.
- Delivers reproducible and quantifiable readouts of cell viability and matrix integration.
- Supports assay standardization for cross-study and cross-team comparability.
- Enables scalable preparation of hydrogel platforms for high-content screening.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant models for translational biomarker exploration.
- Maintains continuity from discovery through preclinical validation of neuro-regenerative interventions.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by providing mechanistic insight into cell-matrix interactions.
- Offers predictive de-risking for stem cell-based therapeutic candidates.
Pipeline & Workflow Integration
This hydrogel-based platform integrates into the discovery-to-preclinical continuum, enabling iterative hypothesis testing and mechanistic de-risking for neuro-regenerative therapies.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis-driven evaluation of ECM and stem cell synergy in neural repair.
- Screening: Provides a reproducible 3D assay system for assessing cell viability and matrix compatibility.
- Analytics: Generates quantitative outputs on gelation kinetics, mechanical properties, and cell survival.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to preclinical models by mimicking native neural environments.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, adaptable platform for diverse regenerative medicine programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuro-regenerative research.
- Operational Value: Standardizes 3D culture workflows and enhances reproducibility across teams.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and optimizes resource allocation in early-stage portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of combinatorial and cell-based therapeutic candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in decellularization, hydrogel formulation, and stem cell culture.
- Demands access to tissue processing, lyophilization, and analytical instrumentation.
- Necessitates cross-team standardization of hydrogel preparation and cell embedding protocols.
- Adaptation may be needed for different tissue sources or cell types.
- Limitations include the need for further characterization to maximize neuro-regenerative outcomes.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:22
Decellularization of Porcine Spinal Cords
2:38
Porcine Sciatic Nerve Decellularization for 3D hASC Culture to Develop Composite Hydrogels
3:27
Digestion of Decellularized Spinal Cord and Sciatic Nerve and Fabrication of Composite Hydrogels
