2.5 Celleindkapsling
Celleindkapsling eller biomaterialers evne til at tilbageholde celler til transplantation er kritisk for transplanteret celleoverlevelse og deres terapeutiske virkninger at finde sted. Ud over cellebinding til biomaterialets overflade er cellesuspension i 3D-hydrogeler også en levedygtig strategi. Biomaterialer, der almindeligvis fremstilles til hydrogeler, omfatter kollagen, fibrin, hyaluronsyre (HA), chitosan, alginat og poly(ethylenglycol) (PEG) (Ford et al., 2006; Hatami et al., 2009; McCreedy et al., 2014; Mosahebi et al., 2003; Thompson et al., 2018; Jørgen et al., 2008). I de senere år har hydrogeler tiltrukket sig stor opmærksomhed som den interne matrice til nervestyringsledning. Hydrogeler kan også bruges som enkeltstående stilladser, især til SCI, da deres mekaniske egenskaber nøje matcher den indfødte rygmarv ECM (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009). Ved at sammenligne forskellige makroarkitekturer, der blev brugt til SCI, blev det vist, at åbne sti-design fungerede bedre end lukkede designs, såsom cylinder, rør og multikanal, hvilket påvirkede det omgivende væv negativt og fordoblede defektlængden., 2008). I betragtning af at rygmarven har begge langsgående forbindelser (dvs.spinocerebellar kanal, kortikospinal kanal osv.), såvel som laterale forbindelser mellem forskellige typer interneuroner og motorneuroner, foretrækkes neuritforlængelse mod alle retninger (Friedman et al., 2002; Kiehn og Butt, 2003). De iboende egenskaber ved hydrogeler, såsom at være makroporøse og bløde, tillader molekyludveksling, celleadhæsion og migration, der potentielt kan være gavnlig for neuronal regenerering (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009; Novikova et al., 2006; et al., 2009; Yuan et al., 2004). En anden stor fordel ved hydrogeler er deres injicerbarhed. Injicerbare materialer kan let svare til formen af læsionshulrum i SCI. Dette undgår behovet for at rumme stilladser med defineret geometri, hvilket kan involvere fjernelse af sundt væv omkring læsionsstedet. Injicerbart materiale bør størkne under fysiologiske forhold, normalt inden for få minutter, for at opretholde indkapsling af transplanterede celler.
flere designparametre skal overvejes for hydrogeler, der bruges som celleleveringsplatforme (Macaya and Spector, 2012; Shoichet et al., 2007). Som tidligere diskuteret er porøsitet, mekanisk styrke og nedbrydningshastigheden vigtige designparametre for biomaterialer. Tiden for gelering er også kritisk for celletransplantation. Generelt foretrækkes en relativt hurtig gelering eller tværbindingsproces under mild tilstand for at opretholde lokalisering af indkapslede celler og/eller terapeutiske midler og for at undgå yderligere skader på læsionsstedet. Da størstedelen af hydrogeler tværbinder gennem enten kemiske eller fysiske udløsere, skal transplanterede celler være i stand til at overleve under disse forhold. Kemisk tværbinder kan være cytotoksisk, mens fysiske triggere kan involvere skift af celler til ikke-fysiologiske tilstande (temperatur, pH), der ikke er gunstige for deres overlevelse. Kemiske initiatorer og tværbindere, der kræves til dannelse af hydrogeler, bør ikke påvirke transplanterede cellepopulationer negativt. Især til injicerbare hydrogeler kan de kemiske tværbindere normalt ikke vaskes væk in vivo eller slukkes inden implantation. Almindelige kemiske tværbindingsmetoder inkluderer fotoinitieret polymerisering, molekylær tværbinding og molekylær tværbinding. Fotoinitierede polymeriseringer involverer ofte brug af ultraviolet (UV) lys med et fotoinitiatormolekyle. Mens denne metode tillader hurtig gelering, UV-lys og fotoinitiator kan inducere apoptose (Hynes et al., 2007). For hydrogeler med tværbinding skal virkningerne af hydrogeler på transplanterede celletyper overvejes og undersøges (Yang et al., 2016). Molekylære tværbindere præsenterer fordelen finjusterende forskydningsmodul og nedbrydningshastighed (Sundararaghavan et al., 2008); de kan dog også være cytotoksiske afhængigt af koncentrationen og indkapslede celletyper (Barker et al., 1980; Liang et al., 2003). Almindelige fysiske tværbindingsstrategier inkluderer temperatur, ionisk tværbindingog selvmonterende systemer. Fordelen ved fysiske udløsere er, at de ofte kan forekomme i vandige opløsninger. Vigtige parametre, der skal overvejes, er drastiske temperatur-og pH-ændringer, der kan inducere celledød (Gillette et al., 2008; Jørgen et al., 2008). En vigtig klasse af selvmonterede hydrogeler er forskydningsfortyndende hydrogel. De vigtigste krav til forskydningsfortyndende hydrogeler er evnen til at strømme under beskedent tryk, hurtigt gel efter injektion og opretholde tilstrækkelig mekanisk styrke under implantationsprocessen. Langsom gelering kan resultere i sedimentering af transplanterede celler og lægemidler. Det er vigtigt, at fysiske tværbindingsmetoder ofte resulterer i svage hydrogeler med moduler, der spænder i tiere til hundreder af Pa. Dette interval svarer til rygmarvets mekaniske styrke, hvilket gør dem egnede til SCI-reparation. Imidlertid er en sådan mekanisk styrke muligvis ikke tilstrækkelig til PNI-reparation.
et andet potentielt problem med at bruge hydrogeler er, om regenererende aksoner og understøttende celler effektivt kan ombygge hydrogellerne for at være et væksttilladende miljø. Tidligere undersøgelser ved anvendelse af hydrogeler viste, at langvarig perifer nervegenerering for underkritisk defekt hos mus (5 mm) blev kompromitteret på grund af fysisk hindring fra de faste hydrogeler (Madison et al., 1987; Valentini et al., 1987). Dette kan fremhæve vigtigheden af ombygning af matricer ved hjælp af proteaser, såsom matrice metalloproteinase (MMP) 9, til effektiv regenerering (Nordstrom et al., 1995; Shubayev og Myers, 2004). Yderligere undersøgelser undersøgte virkningerne af kollagenmatriksammensætning på Murin ESC-differentiering. Specifikt påvirker kollagenkoncentration embryoide legemers evne fra ESC ‘ er til at differentiere indersiden af stilladset (Battista et al., 2005). Ved høje koncentrationer af kollagen kunne cellerne ikke migrere og blev apoptotiske, hvilket indikerer en optimal koncentration af matricen til cellemigration, og cellecellekontakt er nødvendig for stamcelleoverlevelse og differentiering.
