2, 5 Cell encapsulation

Cell encapsulation or the ability of biomaterials to pidättää cell for transplantation is critical for transplanted cell survival and their terapeuttinen effects to toteutuvat. Solukiinnityksen biomateriaalipintaan lisäksi solususpensio 3D-hydrogeeleissä on myös varteenotettava strategia. Biomateriaaleja, joista tehdään yleisesti hydrogeelejä, ovat kollageeni, fibriini, hyaluronihappo (HA), kitosaani, Alginaatti ja poly(etyleeniglykoli) (Peg) (Ford et al., 2006; Hatami et al., 2009; McCreedy ym., 2014; Mosahebi et al., 2003; Thompson ym., 2018; Zahir et al., 2008). Viime vuosina hydrogeelit ovat herättäneet paljon huomiota hermojen ohjausjohdon sisäisenä matriisina. Hydrogeelejä voidaan käyttää myös erillisinä telineinä, erityisesti SCI: ssä, koska niiden mekaaniset ominaisuudet vastaavat läheisesti natiivia selkäytimen ECM: ää (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009). Vertaamalla eri makroarkkitehtuureja käytetään SCI, osoitettiin, että avoin polku mallit toimivat paremmin kuin suljetut mallit, kuten sylinteri, putki, ja monikanava, joka vaikutti haitallisesti ympäröivään kudokseen, kaksinkertaistamalla vika pituus (Wong et al., 2008). Ottaen huomioon, että selkäytimessä on molemmat pitkittäiset yhteydet (eli spinocerebellar tract, kortikospinal tract jne.), samoin kuin lateraaliset yhteydet eri tyyppisten interneuronien ja motoneuronien välillä, neuriitin laajentaminen kaikkiin suuntiin on suositeltavampaa (Friedman et al., 2002; Kiehn ja Butt, 2003). Hydrogeelien luontaiset ominaisuudet, kuten makroporinen ja pehmeä, mahdollistavat molekyylinvaihdon, solujen adheesion ja siirtymisen, joka voisi mahdollisesti olla hyödyllistä neuronaaliselle regeneraatiolle (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009; Novikova et al., 2006; Xie et al., 2009; Yuan ym., 2004). Toinen hydrogeelien merkittävä etu on niiden injektoitavuus. Ruiskeena materiaalit voivat helposti mukautua muoto leesioontelo SCI. Tämä poistaa tarpeen sijoittaa telineet määritelty geometria, joka voi edellyttää poistaa terveen kudoksen ympäri vauriokohdan. Injektoitavan materiaalin tulee jähmettyä fysiologisissa olosuhteissa, yleensä muutamassa minuutissa, siirrettyjen solujen kapseloitumisen ylläpitämiseksi.

solujen jakelualustoina käytettäville hydrogeeleille on otettava huomioon useita suunnitteluparametreja (Macaya and Spector, 2012; Shoichet et al., 2007). Kuten aiemmin mainittiin, huokoisuus, mekaaninen lujuus ja hajoamisnopeus ovat tärkeitä biomateriaalien suunnitteluparametreja. Gelataation ajankohta on kriittinen myös solusiirron kannalta. Yleensä suhteellisen nopea hyytelöinti tai ristisitoutuminen lievässä tilassa on suositeltavaa säilyttää kapseloitujen solujen ja/tai terapeuttisten aineiden lokalisointi ja välttää lisävaurioita vauriokohdassa. Koska suurin osa hydrogeeleistä risteytyy joko kemiallisten tai fysikaalisten laukaisimien kautta, siirrettyjen solujen on kyettävä selviytymään näissä olosuhteissa. Kemiallinen ristiinlinkeri voi olla sytotoksinen, kun taas fysikaalisiin laukaisijoihin voi liittyä solujen siirtyminen ei-fysiologisiin olosuhteisiin (lämpötila, pH), jotka eivät ole suotuisia niiden selviytymiselle. Hydrogeelien muodostumiseen tarvittavat kemialliset initiaattorit ja ristiinlinkit eivät saisi vaikuttaa haitallisesti siirrettyihin solupopulaatioihin. Erityisesti injektoitavissa hydrogeeleissä kemiallisia ristilinkereitä ei yleensä voida pestä pois In vivo tai sammuttaa ennen implantaatiota. Yleisiä kemiallisia ristisidontamenetelmiä ovat valokuvalla käynnistetty polymerointi, entsymaattinen ja molekyylien ristisidonta. Valokuva-initiaatiopolymeroinneissa käytetään usein ultraviolettivaloa (UV-valoa), jossa on valokuva-initiaattorimolekyyli. Vaikka tämä menetelmä mahdollistaa nopean gelataation, UV-valo ja valokuva-initiaattori voivat aiheuttaa apoptoosin (Hynes et al., 2007). Entsymaattisissa ristisitoutuneissa hydrogeeleissä on otettava huomioon ja tutkittava entsyymien vaikutusta siirrettyihin solutyyppeihin (Yang ym., 2016). Molecular crosslinkers esittelee etu hienosäätö leikkaus modulus ja hajoamisnopeus (Sundararaghavan et al., 2008); kuitenkin ne voivat myös olla sytotoksisia riippuen konsentraatiosta ja kapseloiduista solutyypeistä (Barker et al., 1980; Liang et al., 2003). Yhteisiä fysikaalisia ristikytkentästrategioita ovat lämpötila, ioninen ristikytkentä ja itsestään kokoavat järjestelmät. Fysikaalisten laukaisimien etuna on se, että niitä voi usein esiintyä vesiliuoksissa. Tärkeitä parametreja harkita ovat rajuja lämpötilan ja pH muutokset, jotka voivat aiheuttaa solukuoleman (Gillette et al., 2008; Wang et al., 2008). Tärkeä itseasennettavien hydrogeelien luokka on leikkausharvennushydrogeeli. Leikkausharvennushydrogeelien keskeisiä vaatimuksia ovat kyky virrata vaatimattomassa paineessa, nopea geeli injektion jälkeen ja riittävä mekaaninen lujuus istutusprosessin aikana. Hidas gelataatio voi johtaa siirrettyjen solujen ja lääkkeiden sedimentaatioon. Tärkeää on, että fyysiset ristisidontamenetelmät johtavat usein heikkoihin hydrogeeleihin, joiden moduli vaihtelee kymmenistä satoihin Pa: iin. Tämä alue vastaa mekaanista voimaa selkäytimen, joten ne soveltuvat SCI korjaus. Tällainen mekaaninen lujuus ei kuitenkaan välttämättä riitä pni: n korjaukseen.

toinen mahdollinen ongelma hydrogeelien käytössä on se, pystyvätkö regeneroivat aksonit ja tukisolut muokkaamaan hydrogeelit tehokkaasti kasvua sallivaksi ympäristöksi. Aikaisemmat hydrogeleillä tehdyt tutkimukset osoittivat, että hiirillä (5 mm) alikriittisen vian pitkäaikainen ääreishermoston uudistuminen vaarantui kiinteiden hydrogelien aiheuttaman fyysisen haitan vuoksi (Madison et al., 1987; Valentini ym., 1987). Tämä saattaa korostaa proteaasien, kuten matriisimetalloproteinaasi (MMP) 9: n, avulla tapahtuvan matriisinmuutoksen merkitystä tehokkaalle uudistumiselle (Nordstrom ym., 1995; Shubajev and Myers, 2004). Lisätutkimuksissa tutkittiin kollageenin matriisikoostumuksen vaikutuksia hiiren ESC-erilaistumiseen. Erityisesti kollageenipitoisuus vaikuttaa embryoidisten elinten kykyyn ESCs: stä erottaa telineen sisällä (Battista et al., 2005). Suurilla kollageenipitoisuuksilla solut eivät voineet siirtyä ja niistä tuli apoptoottisia, mikä viittaa siihen, että matriisin optimaalinen pitoisuus solujen siirtymisessä ja solujen ja solujen välinen kontakti on välttämätön kantasolujen eloonjäämiselle ja erilaistumiselle.