2.5 Mobilní zapouzdření
Mobilní zapouzdření nebo schopnost biomateriály udržet buňky pro transplantaci, je klíčové pro transplantované přežívání buněk a jejich terapeutické účinky se uskuteční. Kromě připojení buněk k povrchu biomateriálu je životaschopnou strategií také buněčná suspenze ve 3D hydrogelech. Biomateriály, které jsou běžně do hydrogely obsahují kolagen, fibrin, kyselinu hyaluronovou (HA), chitosan, alginát a poly(ethylenglykol) (PEG) (Ford et al., 2006; Hatami a kol., 2009; McCreedy a kol., 2014; Mosahebi a kol., 2003; Thompson a kol., 2018; Zahir et al., 2008). V posledních letech hydrogely přitahovaly velkou pozornost jako vnitřní matrice pro vedení nervu. Hydrogely mohou být také použity jako stand-alone lešení, zejména pro SCI jako jejich mechanické vlastnosti odpovídají nativní míchy ECM (Macaya a Spector, 2012; Madigan et al., 2009). Porovnáním různých makro-architektur používaných pro SCI, bylo prokázáno, že otevřít cestu vzorů fungovala lépe, než uzavřených vzorů, jako jsou válce, trubice, a vícekanálový, které nepříznivě ovlivněna okolní tkáně, zdvojnásobení vady délka (Wong et al., 2008). Vzhledem k tomu, že mícha má obě podélná spojení (tj. spinocerebelární trakt, kortikospinální trakt atd.), stejně jako boční spojení mezi různými typy interneuronů a motorických neuronů, je výhodné rozšíření neuritu ve všech směrech (Friedman et al ., 2002; Kiehn and Butt, 2003). Inherentní vlastnosti hydrogelů, jako jsou makroporézní a měkké, umožňují výměnu molekul, adhezi buněk a migraci, která by mohla být potenciálně prospěšná pro regeneraci neuronů (Macaya a Spector, 2012; Madigan a kol., 2009; Novikova a kol., 2006; Xie a kol., 2009; Yuan a kol., 2004). Další hlavní výhodou hydrogelů je jejich vstřikovatelnost. Injekční materiály mohou snadno odpovídat tvaru léze dutiny v SCI. To eliminuje potřebu přizpůsobit lešení s definovanou geometrií, což může zahrnovat odstranění zdravé tkáně kolem místa léze. Injekční materiál by měl za fyziologických podmínek, obvykle během několika minut, ztuhnout, aby se udrželo zapouzdření transplantovaných buněk.
pro hydrogely, které se používají jako platformy pro doručování buněk, je třeba zvážit několik konstrukčních parametrů (Macaya and Spector, 2012; Shoichet et al., 2007). Jak bylo uvedeno výše, pórovitost, mechanická pevnost a rychlost degradace jsou důležitými konstrukčními parametry pro biomateriály. Doba gelace je také kritická pro transplantaci buněk. Obecně platí, že relativně rychlý gelace nebo síťovací proces pod mírnou podmínkou je, že upřednostňuje zachování lokalizace zapouzdřené buněk a/nebo terapeutických činidel, a aby se zabránilo další poškození v místě léze. Vzhledem k tomu, že většina hydrogelů se zesítí chemickými nebo fyzikálními spouštěči, musí být transplantované buňky schopny za těchto podmínek přežít. Chemické crosslinker mohou být cytotoxické, zatímco fyzické spouštěče mohou zahrnovat přesun buněk non-fyziologické podmínky (teplota, pH), které nejsou příznivé pro jejich přežití. Chemické iniciátory a zesíťovače potřebné pro tvorbu hydrogelů by neměly nepříznivě ovlivňovat transplantované buněčné populace. Zejména u injekčních hydrogelů nelze chemické zesíťovače obvykle před implantací smýt in vivo nebo uhasit. Mezi běžné metody chemického zesíťování patří polymerace iniciovaná foto, enzymatické a molekulární zesíťování. Foto iniciované polymerace často zahrnují použití ultrafialového (UV) světla s molekulou fotoiniciátoru. Zatímco tato metoda umožňuje rychlou gelaci, UV světlo a foto-iniciátor mohou vyvolat apoptózu (Hynes et al., 2007). Pro enzymatické síťovaných hydrogelů, účinky enzymů na transplantované typy buněk, je třeba zvážit a zkoumány (Yang et al., 2016). Molekulární síťovačky představují výhodu jemného doladění smykového modulu a rychlosti degradace (Sundararaghavan et al ., 2008); mohou však být také cytotoxické v závislosti na koncentraci a zapouzdřených typech buněk (Barker et al ., 1980; Liang et al., 2003). Mezi běžné fyzické síťovací strategie patří teplota, iontové síťování, a samosestavitelné systémy. Výhodou fyzických spouštěčů je, že se často mohou vyskytovat ve vodných roztocích. Důležité parametry, které je třeba zvážit, jsou drastické změny teploty a pH, které mohou vyvolat buněčnou smrt (Gillette et al ., 2008; Wang et al., 2008). Důležitou třídou samosestavných hydrogelů je hydrogel ředící smykem. Klíčové požadavky na smykové řídnutí hydrogelů je schopnost toku pod mírný tlak, rychle se gel po injekci, a udržovat dostatečnou mechanickou pevnost během implantace proces. Pomalá želatina může vést k sedimentaci transplantovaných buněk a léků. Důležité je, že metody fyzického síťování často vedou ke slabým hydrogelům s moduly v rozmezí desítek až stovek Pa. Tento rozsah odpovídá mechanické pevnosti míchy, což je činí vhodnými pro opravu SCI. Taková mechanická pevnost však nemusí být dostatečná pro opravu PNI.
Další potenciální problém, s pomocí hydrogelů je, zda regenerující axony a podpůrné buňky mohou efektivně předělat hydrogelů na růst tolerantní prostředí. Dřívější studie používající hydrogely ukázaly, že dlouhodobá regenerace periferních nervů pro subkritický defekt u myší (5 mm)byla ohrožena kvůli fyzické překážce představované pevnými hydrogely (Madison et al., 1987; Valentini et al., 1987). To může zdůraznit význam remodelace matrice pomocí proteáz, jako je matricová metaloproteináza (MMP) 9, pro účinnou regeneraci (Nordstrom et al ., 1995; Šubajev a Myers, 2004). Další studie zkoumaly účinky složení kolagenové matrice na diferenciaci myších ESC. Konkrétně koncentrace kolagenu ovlivňuje schopnost embryoidních těl z ESC rozlišovat uvnitř lešení (Battista et al ., 2005). Na vysoké koncentrace kolagenu, buňky nemohly migrovat a stal apoptotických, což naznačuje, optimální koncentrace matrice pro migraci buněk a buňka–buňka kontakt je nutné pro kmenových buněk, přežití a diferenciace.
