Разработка комбинаторных методов лечения травмы спинного мозга с использованием доставки стволовых клеток
7 июня 2024 г.
В этом исследовании были разработаны и охарактеризованы нервамиметические композитные гидрогели, которые могут быть использованы для изучения и извлечения выгоды из прорегенеративного поведения стволовых клеток, полученных из жировой ткани, для восстановления травм спинного мозга.
В этом исследовании разработана комбинаторная платформа доставки клеток для повреждения спинного мозга с использованием гидрогелей из деклелюляризованных тканей. Эффективность децеллюляризации и жизнеспособность клеток в композитных гидрогелях анализируются для определения их потенциала как 3D-платформы для культуры. Результаты позволят дальнейшее исследовать терапевтические потенциалы при повреждении спинного мозга.
В последнее время в области восстановления травм спинного мозга децеллюляризация широко используется в контексте гидрогелей. Этот процесс удаляет весь клеточный и ядерный мусор из тканей или органов, чтобы предотвратить негативный иммунный ответ, сохраняя при этом компоненты внеклеточного матрикса. Теперь, когда композитные гидрогели нервов оптимизированы, характеристика платформы будет продолжаться для максимизации нейрорегенеративного поведения ASC для восстановления спинного мозга.
Эта работа внесёт вклад в комбинаторную терапевтическую разработку для восстановления травм спинного мозга, особенно улучшая терапию стволовыми клетками для возможной клинической трансляции. Для начала разморозьте замороженный спинной мозг при температуре 4 градусов Цельсия в холодильнике в течение 18–24 часов перед децеллюляризацией. Стерильными ножницами аккуратно удалите твердую орудую смесь.
Разрежьте спинной мозг на мелкие кусочки длиной около одного сантиметра. Поместите три кусочка в 50-миллилитровую трубку. Промывайте спинной мозг деионизированной водой при 4 градусах Цельсия в течение 18–24 часов при 60 об/мин.
Затем прополоскайте спинной мозг с ЭДТА 0,025%, затем дважды используйте PBS 15 минут. Затем прополоскайте спинной мозг следующими растворами для децеллюляризации. Наконец, прополоскайте спинной мозг деионизированной водой в течение часа дважды, затем PBS в течение одного часа.
Затем лиофилизируйте спинной мозг при 0,01 миллибар и 56 градусах Цельсия в течение трёх дней перед хранением до использования. Разморозить ранее замороженный свиной седалищный нерв при 4 градусах Цельсия в холодильнике в течение 18–24 часов перед децеллюляризацией. Теперь разрежьте седалищный нерв на мелкие кусочки, примерно один сантиметр в длину.
Поместите три кусочка в 50-миллилитровую трубку. Промывайте седалищный нерв деионизированной водой в течение семи часов. Затем прополоскайте седалищный нерв следующими растворами для децеллюляризации.
Затем лиофилизируйте при 0,01 миллибар и 56 градусах Цельсия в течение трёх дней перед хранением до использования. Начните с использования автоклавных ножниц, чтобы нарезать ранее децеллюляризованный свиной спинной мозг и седалищный нерв в порошок. Переварить ткани отдельно в растворе 0,01 нормальной соляной кислоты, содержащем один миллиграмм на миллилитр пепсина при концентрации 15 миллиграмм на миллилитр.
Поместите магнитную планку в раствор и перемешивайте при 500 об/мин не менее четырёх дней при 4 градусах Цельсия, чтобы получить прегель-растворы. Смешайте седалищный нерв и прегель для спинного мозга. Затем разведите гидрогель до нужной концентрации с помощью среды M199 и PBS.
Используйте один обычный гидроксид натрия и соляную кислоту, чтобы отрегулировать pH до 7,4. После корректировки pH повторно суспензировать человеческие стволовые клетки, полученные из жира, в прегеле с плотностью 1 миллион клеток на миллилитр. Разведите прегель до 12 миллиграммов на миллилитр с помощью PBS.
Положите его в колодцы, а затем наместите крышку PDMS на прегель. Инкубировать тарелку 30 минут при 37 градусах Цельсия. Затем добавьте PBS в колодцы.
Снимите крышку PDMS и раствор. Добавьте материал для роста ASC в гидрогели с ASC и инкубировать при 37 градусах Цельсия для культивирования.
Обзор
В данном исследовании разработана комбинаторная платформа для доставки клеток с использованием гидрогелей на основе децеллюляризированных тканей для восстановления после повреждения спинного мозга. Проведен анализ характеристик гидрогелей для оценки их эффективности и потенциала в качестве платформы для 3D-культивирования стволовых клеток, полученных из жировой ткани.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронауки
- Регенеративная медицина
- Биоматериалы
Теоретические сведения
- Децеллюляризация удаляет клеточный дебрис для предотвращения иммунных ответов.
- Компоненты внеклеточного матрикса сохраняются в процессе децеллюляризации.
- Гидрогели были широко изучены для восстановления при повреждениях спинного мозга.
- Стволовые клетки, полученные из жировой ткани (ASCs), проявляют прорегенеративные свойства.
Цель исследования
- Разработать композитные гидрогели, имитирующие структуру нервной ткани.
- Исследовать прорегенеративное поведение ASCs.
- Оптимизировать гидрогели для восстановления после травм спинного мозга.
Используемые методы
- Разработка гидрогелей на основе децеллюляризированных тканей.
- Анализ жизнеспособности клеток в композитных гидрогелях.
- Характеристика гидрогелей для максимизации нейрорегенераторных свойств.
- Оценка терапевтического потенциала при травмах спинного мозга.
Основные результаты
- Композитные гидрогели продемонстрировали эффективную децеллюляризацию.
- В гидрогелях наблюдалась высокая жизнеспособность клеток.
- Гидрогели показали потенциал в качестве платформы для 3D-культивирования.
- Планируется дальнейшая характеристика для улучшения поведения ASC.
Выводы
- Нервомиметические гидрогели могут способствовать исследованию травм спинного мозга.
- Децеллюляризированные гидрогели могут улучшить терапевтическое применение ASC.
- Постоянная оптимизация необходима для эффективного восстановления спинного мозга.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Комбинаторные гидрогелевые платформы, объединяющие децеллюляризированные нервные матрицы и доставку стволовых клеток, позволяют решать многофакторные задачи по восстановлению при повреждении спинного мозга. Данный подход обеспечивает создание релевантных заболеванию 3D-систем для оценки нейрорегенеративных стратегий, что повышает прогностическую достоверность на ранних этапах разработки терапевтических методов. Модульность платформы позволяет применять ее в широком спектре исследований и разработок в области регенеративной медицины.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет проверять гипотезы о нейрорегенерации в контролируемой 3D-среде.
- Способствует снижению биологических рисков за счет изоляции вклада ВКМ и стволовых клеток в процессы восстановления.
- Облегчает функциональную валидацию мишеней для разработки комбинированных терапевтических стратегий.
- Создает основу для повышения прогностической достоверности исследований механизмов регенерации.
Скрининг и разработка анализа
- Позволяет создавать валидированные системы 3D-культивирования для последующего скрининга соединений или клеток.
- Обеспечивает воспроизводимые и количественно определяемые показатели жизнеспособности клеток и их интеграции в матрикс.
- Способствует стандартизации анализа для обеспечения сопоставимости результатов между различными исследованиями и группами ученых.
- Обеспечивает возможность масштабируемой подготовки гидрогелевых платформ для высокосодержательного скрининга.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует моделям, релевантным конкретным заболеваниям, для трансляционного поиска биомаркеров.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа открытия до доклинической валидации нейрорегенеративных методов вмешательства.
- Поддерживает принятие решений о продвижении проекта с учетом рисков, предоставляя сведения о механизмах взаимодействия клеток с матриксом.
- Обеспечивает прогностическое снижение рисков для терапевтических кандидатов на основе стволовых клеток.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данная платформа на основе гидрогеля интегрируется в континуум от этапа поиска до доклинических исследований, обеспечивая итерационную проверку гипотез и снижение механистических рисков для нейрорегенеративной терапии.
- Фундаментальная биология: способствует проверке гипотез о синергии внеклеточного матрикса и стволовых клеток в процессе восстановления нервной ткани.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимую систему 3D-анализа для оценки жизнеспособности клеток и совместимости с матриксом.
- Аналитика: позволяет получать количественные данные о кинетике гелеобразования, механических свойствах и выживаемости клеток.
- Трансляционные исследования: связывает результаты исследований in vitro с доклиническими моделями путем имитации естественного нейронного окружения.
- Корпоративное использование: предлагает модульную, адаптируемую платформу для различных программ в области регенеративной медицины.
Операционное и организационное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неоднозначность в исследованиях нейрорегенерации.
- Операционная ценность: стандартизирует рабочие процессы 3D-культивирования и повышает воспроизводимость результатов между исследовательскими группами.
- Стратегическая ценность: служит основой для принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и оптимизирует распределение ресурсов в портфелях ранних стадий.
- Влияние на портфель: обеспечивает приоритизацию комбинаторных и клеточных терапевтических кандидатов с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области децеллюляризации, приготовления гидрогелей и культивирования стволовых клеток.
- Необходим доступ к оборудованию для обработки тканей, лиофилизации и аналитическому инструментарию.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов подготовки гидрогеля и встраивания клеток.
- Может потребоваться адаптация метода для различных источников тканей или типов клеток.
- Ограничения включают необходимость дальнейшей характеризации для максимизации результатов нейрорегенерации.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
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
