2.5 Cell encapsulation
A Cell encapsulation vagy a biomateriális anyagok azon képessége, hogy megtartsák a sejteket transzplantációra, kritikus fontosságú az átültetett sejtek túlélése és terápiás hatásai szempontjából. A sejteknek a biológiai anyag felületéhez való kötődése mellett a 3D-s hidrogélek sejtszuszpenziója is életképes stratégia. A hidrogélekké általában előállított bioanyagok közé tartozik a kollagén, a fibrin, a hialuronsav (HA), a kitozán, az alginát és a poli(etilénglikol) (Peg) (Ford et al., 2006; Hatami et al., 2009; McCreedy et al., 2014; Mosahebi et al., 2003; Thompson et al., 2018; Zahir et al., 2008). Az elmúlt években a hidrogélek nagy figyelmet szenteltek az idegvezető vezeték belső mátrixának. A hidrogélek önálló állványként is használhatók, különösen az SCI esetében, mivel mechanikai tulajdonságaik szorosan illeszkednek a natív gerincvelő ECM-hez (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009). A SCI-hez használt különböző makroarchitektúrák összehasonlításával kimutatták, hogy a nyitott útvonalú tervek jobban teljesítettek, mint a zárt tervek, például a henger, a cső és a többcsatornás, amelyek hátrányosan befolyásolták a környező szöveteket, megduplázva a hiba hosszát (Wong et al., 2008). Figyelembe véve, hogy a gerincvelőnek mindkét hosszanti kapcsolata van (azaz spinocerebelláris traktus, kortikospinalis traktus stb.), valamint a különböző típusú interneuronok és motoros neuronok közötti oldalirányú kapcsolatok, a neurit kiterjesztése minden irányba előnyös (Friedman et al., 2002; Kiehn and Butt, 2003). A hidrogélek inherens tulajdonságai, mint például a makroporózus és lágy, lehetővé teszik a molekulák cseréjét, a sejtek adhézióját és migrációját, amelyek potenciálisan hasznosak lehetnek az idegsejtek regenerációjában (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009; Novikova et al., 2006; Xie et al., 2009; Yuan et al., 2004). A hidrogélek másik nagy előnye az injektálhatóságuk. Az injektálható anyagok könnyen megfelelnek az SCI-ben a lézió üregének alakjának. Ez kiküszöböli a meghatározott geometriájú állványok elhelyezésének szükségességét, amely magában foglalhatja az egészséges szövetek eltávolítását a sérülés helyén. Az injektálható anyagnak fiziológiás körülmények között, általában perceken belül meg kell megszilárdulnia, hogy fenntartsa az átültetett sejtek kapszulázását.
számos tervezési paramétert kell figyelembe venni a sejtszállító platformként használt hidrogélek esetében (Macaya and Spector, 2012; Shoichet et al., 2007). Amint azt korábban tárgyaltuk, a porozitás, a mechanikai szilárdság és a lebomlás sebessége fontos tervezési paraméterek a bioméretek számára. A gélesedés ideje szintén kritikus a sejtátültetés szempontjából. Általában egy viszonylag gyors gélesedési vagy térhálósodási folyamat enyhe körülmények között előnyös a kapszulázott sejtek és/vagy terápiás szerek lokalizációjának fenntartása és a lézió helyén bekövetkező további károsodás elkerülése érdekében. Mivel a hidrogélek többsége kémiai vagy fizikai triggereken keresztül térhálósodik, az átültetett sejteknek képesnek kell lenniük túlélni ilyen körülmények között. A kémiai térhálósító citotoxikus lehet, míg a fizikai triggerek magukban foglalhatják a sejtek nem fiziológiai körülményekre (hőmérséklet, pH) történő áthelyezését, amelyek nem kedveznek túlélésüknek. A hidrogélek képződéséhez szükséges kémiai iniciátorok és keresztkötők nem befolyásolhatják hátrányosan az átültetett sejtpopulációkat. Különösen az injektálható hidrogélek esetében a kémiai keresztkötőket általában nem lehet in vivo lemosni vagy a beültetés előtt leállítani. A közös kémiai térhálósítási módszerek közé tartozik a foto-kezdeményezett polimerizáció, enzimatikus és molekuláris térhálósítás. A foto-kezdeményezett polimerizációk gyakran ultraibolya (UV) fényt használnak foto-iniciátor molekulával. Míg ez a módszer lehetővé teszi a gyors gélesedést, az UV fény és a foto-iniciátor apoptózist indukálhat (Hynes et al., 2007). Az enzimatikus térhálósított hidrogélek esetében figyelembe kell venni és meg kell vizsgálni az enzimek transzplantált sejttípusokra gyakorolt hatását (Yang et al., 2016). Molekuláris crosslinkers bemutatja az előnye finomhangoló nyírási modulus és lebomlási sebesség (Sundararaghavan et al., 2008); azonban a koncentrációtól és a kapszulázott sejttípusoktól függően citotoxikusak is lehetnek (Barker et al., 1980; Liang et al., 2003). A közös fizikai térhálósítási stratégiák közé tartozik a hőmérséklet, az ionos térhálósítás és az önszerelő rendszerek. A fizikai triggerek előnye, hogy gyakran vizes oldatokban fordulhatnak elő. Fontos figyelembe veendő paraméterek a drasztikus hőmérséklet-és pH-változások, amelyek sejthalált okozhatnak (Gillette et al., 2008; Wang et al., 2008). Az önszerelő hidrogélek fontos osztálya a nyíróvékonyító hidrogél. A nyíróvékonyító hidrogélek legfontosabb követelményei a szerény nyomás alatt történő áramlás, az injekció beadása után gyorsan gélesedő képesség, valamint a megfelelő mechanikai szilárdság fenntartása az implantációs folyamat során. A lassú gélesedés az átültetett sejtek és gyógyszerek ülepedését eredményezheti. Fontos, hogy a fizikai térhálósítási módszerek gyakran gyenge hidrogéleket eredményeznek, amelyek moduljai tíztől százig terjednek Pa. Ez a tartomány megfelel a gerincvelő mechanikai szilárdságának, így alkalmassá teszi őket az SCI javítására. Az ilyen mechanikai szilárdság azonban nem biztos, hogy elegendő a PNI javításához.
a hidrogélek használatának másik lehetséges problémája az, hogy a regeneráló axonok és a támogató sejtek hatékonyan képesek-e a hidrogéleket növekedési megengedő környezetgé alakítani. A hidrogéleket alkalmazó korábbi vizsgálatok azt mutatták, hogy az egerek szubkritikus hibájának hosszú távú perifériás idegregenerációja (5 mm) veszélybe került a szilárd hidrogélek által okozott fizikai akadályok miatt (Madison et al., 1987; Valentini et al., 1987). Ez rávilágíthat a mátrix átalakításának fontosságára proteázok, például mátrix metalloproteináz (MMP) 9, a hatékony regenerációhoz (Nordstrom et al., 1995; Shubayev and Myers, 2004). További vizsgálatok feltárták a kollagén mátrix összetételének az egér ESC differenciálódására gyakorolt hatását. Pontosabban, a kollagén koncentrációja befolyásolja az embrioid testek képességét az Esc-ktől, hogy megkülönböztessék az állvány belsejét (Battista et al., 2005). Magas kollagénkoncentráció esetén a sejtek nem tudtak vándorolni, és apoptotikussá váltak, ami azt jelzi, hogy a mátrix optimális koncentrációja a sejtvándorláshoz és a sejt-sejt érintkezéshez szükséges az őssejtek túléléséhez és differenciálódásához.
