Bezkomórkowe rusztowania pochodzące z jabłek do inżynierii tkanki kostnej in vitro i in vivo

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

doi:10.3791/65226

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Bezkomórkowe rusztowania pochodzące z jabłek do inżynierii tkanki kostnej in vitro i in vivo

3.4K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/65226

⸱

23 lutego 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

W tym artykule

Podsumowanie

W tym badaniu szczegółowo opisujemy metody decelularyzacji, charakterystyki fizycznej, obrazowania i implantacji in vivo biomateriałów pochodzenia roślinnego, a także metody sadzenia i różnicowania komórek w rusztowaniach. Opisane metody pozwalają na ocenę biomateriałów pochodzenia roślinnego do zastosowań w inżynierii tkanki kostnej.

Streszczenie

Biomateriały celulozowe pochodzenia roślinnego zostały wykorzystane w różnych zastosowaniach inżynierii tkankowej. Badania in vivo wykazały niezwykłą biokompatybilność rusztowań wykonanych z celulozy pochodzącej ze źródeł naturalnych. Ponadto rusztowania te posiadają cechy strukturalne, które są istotne dla wielu tkanek i sprzyjają inwazji i proliferacji komórek ssaków. Ostatnie badania z wykorzystaniem bezkomórkowej tkanki hypanthium jabłoni wykazały podobieństwo wielkości porów do kości beleczkowej, a także jej zdolność do skutecznego wspierania różnicowania osteogennego. W niniejszym badaniu zbadano ponadto potencjał rusztowań celulozowych pochodzących z jabłek do zastosowań w inżynierii tkanki kostnej (BTE) oraz oceniono ich właściwości mechaniczne in vitro i in vivo. Preosteoblasty MC3T3-E1 wysiewano w rusztowaniach celulozowych pochodzących z jabłek, które następnie oceniono pod kątem ich potencjału osteogennego i właściwości mechanicznych. Zabarwienie fosfatazą alkaliczną i czerwienią alizarynową S potwierdziło różnicowanie osteogenne w rusztowaniach hodowanych w pożywce różnicowej. Badanie histologiczne wykazało rozległą inwazję komórek i mineralizację w poprzek rusztowań. Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) ujawniła agregaty mineralne na powierzchni rusztowań, a spektroskopia dyspersji energii (EDS) potwierdziła obecność pierwiastków fosforanowych i wapniowych. Jednak pomimo znacznego wzrostu modułu Younga w następstwie różnicowania komórek, pozostał on niższy niż w przypadku zdrowej tkanki kostnej. Badania in vivo wykazały infiltrację komórek i odkładanie się macierzy zewnątrzkomórkowej w obrębie decellularizowane rusztowania pochodzące z jabłek po 8 tygodniach implantacji w kalwarii szczurów. Ponadto siła potrzebna do usunięcia rusztowań z ubytku kostnego była zbliżona do wcześniej zgłaszanego obciążenia złamaniem rodzimej kości kalwarycznej. Ogólnie rzecz biorąc, badanie to potwierdza, że celuloza pochodząca z jabłek jest obiecującym kandydatem do zastosowań zausznych. Jednak odmienność między jego właściwościami mechanicznymi a właściwościami zdrowej tkanki kostnej może ograniczać jego zastosowanie do scenariuszy o niskiej nośności. Dodatkowa reinżynieria konstrukcyjna i optymalizacja mogą być konieczne w celu poprawy właściwości mechanicznych rusztowań celulozowych pochodzących z jabłek do zastosowań nośnych.

Wprowadzenie

Duże ubytki kostne spowodowane urazem lub chorobą często wymagają przeszczepów biomateriału do pełnej regeneracji¹. Obecne techniki mające na celu poprawę regeneracji tkanki kostnej regularnie wykorzystują przeszczepy autologiczne, allogeniczne, ksenogeniczne lub syntetyczne². W przypadku autologicznego przeszczepu kości, uważanego za "złoty standard" w praktyce przeszczepiania w celu naprawy dużych ubytków kostnych, kość jest pobierana od pacjenta. Jednak ta procedura szczepienia ma kilka wad, w tym ograniczenia rozmiaru i kształtu, dostępność tkanek i chorobowość miejsca pobrania³. Co więcej, pr....