$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Littekenweefsel vertegenwoordigt het eindpunt van weefselherstel. Echter, bij veel individuen, vooral die lijden aan brandwonden of trauma1, littekens kan worden overdreven en ongewenste effecten op te leggen aan de morfologie en het functioneren van genezen huid. Hoewel de exacte mechanismen van pathologische (hypertrofische littekens en keloïden) littekenvorming niet volledig worden begrepen, is aangetoond dat overmatige afzetting van collageen tijdens wondgenezing een essentiële bijdrage is2.
Het is algemeen vastgesteld dat het transformeren van groeifactor bèta 1 (TGF-β1) en alfa gladde spieractine (αSMA) een belangrijke rol spelen bij de vorming van hypertrofische littekens. Er zijn aanwijzingen dat verhoogde TGF-β1 overmatige afzetting van collageen direct stimuleert via het reguleren van het SMAD-signaleringstraject3. Bovendien is αSMA gevonden om bij te dragen aan hypertrofische littekenvorming door het reguleren van celcontractie en reepithelialisatie in het wondgenezingsproces4. Het ontbreken van geschikte in vitro en in vivo modellen is een belangrijke belemmering voor het ontwikkelen en evalueren van interventies en therapieën voor littekensanering. Het doel van deze studie is om de bestaande MMC-techniek te gebruiken om een "in vivo-achtig" hypertrofisch littekenmodel te construeren dat geschikt is voor het evalueren van nieuwe en opkomende littekengerelateerde interventies.
Het reproduceren van levend weefsel buiten het lichaam is al jaren een doel in de wetenschappelijke gemeenschap. De ontwikkeling van in vitro technieken in het begin van de twintigste eeuw heeft dit doel gedeeltelijk bereikt. De huidige in vitro technieken zijn licht geëvolueerd uit roux's oorspronkelijke demonstratie dat embryonale cellen ex vivo meerdere dagen kunnen overleven in warme zoutlijn5. Echter, in vitro methodologieën zijn meestal beperkt tot eencellige types geteeld in 2-D en niet nauwkeurig recapituleren weefsels in vivo. Hoewel nuttig voor het onderzoeken van celbiochemie, fysiologie en genetica, inheemse weefsels zijn 3-D en bevatten meerdere celtypes. Eenvoudige 2-D in vitro systemen onderwerpen zoogdiercellen aan zeer kunstmatige omgevingen waarin native weefselspecifieke architectuur verloren gaat6. Op zijn beurt beïnvloedt dit intracellulaire en extracellulaire voorvallen, wat resulteert in abnormale celmorfologie, fysiologie en gedrag7.
De interesse achter dit protocol ligt in de ontwikkeling en het klinisch beheer van hypertrofische littekens en keloïden. Hoewel het algemeen bekend is dat huidfibroblasten grotendeels verantwoordelijk zijn voor de overvloedige productie van collageen aanwezig in littekenweefsel, het cultiveren van huidfibroblasten met behulp van 2-D in vitro systemen niet aan de omzet van collageen waargenomen in vivo8te reproduceren . Hedendaagse in vitro methoden nog steeds in wezen gebruik maken van "warme zoutwater", een omgeving die totaal verschilt van die in levende weefsels. Weefsels in vivo zijn extreem druk, met eiwitten, nucleïnezuren, ribonucleoproteïnen en polysachariden, die 5%-40% van het totale volume innemen. Aangezien geen twee moleculen tegelijkertijd dezelfde ruimte kunnen innemen, is er weinig vrije ruimte beschikbaar en een bijna volledige afwezigheid van vrij water9.
De MMC-techniek legt beperkingen op die de thermodynamische eigenschappen van cytosol en interstitiële vloeistoffen beïnvloeden. Moleculaire interacties, receptor-ligand signalering complexen, enzymen, en organellen zijn beperkt en beperkt van de interactie vrij9. Interacties binnen de pericellulaire omgeving (d.w.z. interstitium) zijn ook beperkt. Recent bewijs bevestigt dat hoge concentraties van inerte macromoleculen in overvolle oplossingen diffusie, fysieke associatie, viscositeit en hydrodynamische eigenschappen10.
Interessant is dat verschillende populaire crowding agenten (dat wil zeggen, Ficoll, dextran, polyvinylpyrrolidone [PVP], en natrium 4-styrenesulfonate [PSS]) zijn niet gelijkwaardig wanneer toegepast op verschillende celtypes en in verschillende instellingen. In een eerdere studie, Ficoll werd gemeld dat minder cytotoxische voor mesenchymale stamcellen in vergelijking met PVP. Deze resultaten werden geïnterpreteerd als het gevolg van de neutrale lading en de relatief kleine hydrodynamische straal11. In tegenstelling, een tweede studie bleek dat dextran is effectiever in het stimuleren van collageen I afzetting door menselijke longfibroblasten in vergelijking met Ficoll12. Gegevens uit onze eigen studie suggereert dat Ficoll verbetert collageen depositie door hypertrofische litteken-afgeleide fibroblasten, terwijl PVP is giftig voor deze cellen13.
Het is aangetoond dat de omzetting van procollageen naar collageen sneller is in een zeer drukke in vivo omgeving14, terwijl de snelheid van biologische reacties wordt vertraagd in een verdund 2D-cultuursysteem15. We hebben het in vitro protocol hier geoptimaliseerd, waarbij MMC is opgenomen om de teelt van dermale fibroblasten te laten zien die dienen als een meer "in vivo-achtig" model voor huidfibrose en littekenvorming. In tegenstelling tot het gemeenschappelijke 2D-kweeksysteem stimuleert het cultiveren van hHSFs met MMC de biosynthese en depositie van collageen aanzienlijk13. Met name andere kenmerken van fibrose (d.w.z. verhoogde expressie van matrixmetalloproteinases [MSP's] en ontstekingscytokines) zijn ook zichtbaar onder dit geoptimaliseerde MMC-protocol13. Wanneer ze met deze methode worden gekweekt, wordt aangetoond dat huidcellen de fysiologische, biochemische en functionele parameters recapituleren die in vivo worden gemeten.
De geoptimaliseerde MMC in vitro protocol is gebruikt om de expressie van collageen en andere ECM eiwitten te evalueren door dermale fibroblasten geïsoleerd van hypertrofische littekendermis en niet-betrokken aangrenzende dermis. Wanneer gekweekt in MMC-omgevingen in vitro, is geconstateerd dat hHSFs bepaalde kenmerken uitdrukken (d.w.z. mRNA, biochemie, fysiologie en fenotype) vergelijkbaar met huidhypertrofisch littekenweefsel in vivo. Het bewijs geeft aan dat fysische en chemische eigenschappen belangrijke overwegingen zijn bij het selecteren van crowders en het optimaliseren van MMC-omstandigheden voor teelt in vitro.
Voor proof-of-principle wordt het MMC-protocol hier toegepast om het vermogen van Shikonin en zijn analogen om apoptose te induceren kwalitatief en kwantitatief te evalueren. Dit maakt evaluatie van de potentiële toepassingen van deze natuurlijk afgeleide traditionele Chinese geneeskunde (TCM) verbindingen voor het beheer van dermale littekens13. Niettegenstaande voldoet de eenvoud, kosteneffectiviteit en actualiteit van dit in vitro MMC-protocol ook aan recente voorschriften om experimenten bij zoogdieren door de EU-richtlijn 2010/63/EU en het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) uit te bannen.