2.5 Cell encapsulation

Cell encapsulation eller evnen til biomaterialer til å beholde celler for transplantasjon er kritisk for transplantert celleoverlevelse og deres terapeutiske effekter skal finne sted. I tillegg til celletilpasning til biomaterialets overflate er cellesuspensjon I 3D-hydrogeler også en levedyktig strategi. Biomaterialer som ofte gjøres til hydrogeler inkluderer kollagen, fibrin, hyaluronsyre (HA), kitosan, alginat og poly(etylenglykol) (Peg) (Ford et al., 2006; Hatami et al., 2009; Jørgen et al., 2014; Mosahebi et al., 2003; Thomas Et al., 2018; Zahir et al., 2008). I de senere år har hydrogeler tiltrukket seg mye oppmerksomhet som den interne matrisen for nerveveiledningskanal. Hydrogeler kan også brukes som frittstående stillas, spesielt FOR SCI, da deres mekaniske egenskaper samsvarer tett med den opprinnelige ryggmargen ECM (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009). Ved å sammenligne forskjellige makroarkitekturer som brukes TIL SCI, ble det vist at åpne banedesigner utførte bedre enn lukkede design, som sylinder, rør og flerkanal, noe som negativt påvirket det omkringliggende vevet, doblet defektlengden (Wong et al., 2008). Tatt i betraktning at ryggmargen har både langsgående forbindelser (dvs.spinocerebellarkanalen, kortikospinalkanalen etc.), samt sideforbindelser mellom ulike typer interneuroner og motorneuroner, er neurittforlengelse mot alle retninger å foretrekke (Friedman et al.(2002; Kiehn og Butt, 2003). De iboende egenskapene til hydrogeler, som å være makroporøse og myke, tillater molekylutveksling, celleadhesjon og migrasjon som potensielt kan være gunstig for nevronregenerering (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009; Novikova et al., 2006; Xie et al., 2009; Yuan et al., 2004). En annen stor fordel med hydrogeler er deres injeksjonsevne. Injiserbare materialer kan lett samsvare med formen av lesjonhulen i SCI. Dette unngår behovet for å imøtekomme stillas med definert geometri, noe som kan innebære å fjerne sunt vev rundt lesionsstedet. Injiserbart materiale skal størkne under fysiologiske forhold, vanligvis i løpet av minutter, for å opprettholde innkapsling av transplanterte celler.Flere designparametere må vurderes for hydrogeler som brukes som celleleveringsplattformer (Macaya and Spector, 2012; Shoichet et al., 2007). Som diskutert tidligere er porøsitet, mekanisk styrke og nedbrytningsgraden viktige designparametere for biomaterialer. Tiden for gelering er også kritisk for celletransplantasjon. Vanligvis foretrekkes en relativt rask gelerings-eller tverrbindingsprosess under mild tilstand for å opprettholde lokalisering av innkapslede celler og / eller terapeutiske midler og for å unngå ytterligere skade på lesionsstedet. Siden de fleste hydrogeler krysser gjennom enten kjemiske eller fysiske utløsere, må transplanterte celler kunne overleve under disse forholdene. Kjemisk tverrbinding kan være cytotoksisk, mens fysiske utløsere kan innebære å skifte celler til ikke-fysiologiske forhold (temperatur, pH) som ikke er gunstige for overlevelse. Kjemiske initiatorer og krysskoblinger som kreves for dannelse av hydrogeler, skal ikke påvirke transplanterte cellepopulasjoner negativt. Spesielt for injiserbare hydrogeler, kan de kjemiske krysslinkerne vanligvis ikke vaskes bort in vivo eller slukkes før implantasjon. Vanlige kjemiske tverrbindingsmetoder inkluderer foto-initiert polymerisering, enzymatisk og molekylær tverrbinding. Foto-initierte polymeriseringer involverer ofte bruk av ultrafiolett (UV) lys med et foto-initiatormolekyl. SELV om denne metoden tillater rask gelering, KAN UV-lys og foto-initiator indusere apoptose (Hynes et al., 2007). For enzymatiske tverrbundne hydrogeler må effektene av enzymer på transplanterte celletyper vurderes og undersøkes (Yang et al., 2016). Molekylær crosslinkers presenterer fordelen finjustering skjær modulus og degradering rate (Sundararaghavan et al., 2008); de kan imidlertid også være cytotoksiske avhengig av konsentrasjonen og innkapslede celletyper (Barker et al., 1980; Liang et al., 2003). Vanlige fysiske tverrbindingsstrategier inkluderer temperatur, ionisk tverrbinding og selvmonteringssystemer. Fordelen med fysiske utløsere er at de ofte kan forekomme i vandige løsninger. Viktige parametere å vurdere er drastiske temperatur-og pH-endringer som kan indusere celledød (Gillette et al., 2008; Wang et al., 2008). En viktig klasse av selvmonterende hydrogeler er skjærtynnende hydrogel. De viktigste kravene til skjærfortynnende hydrogeler er evnen til å strømme under beskjedent trykk, raskt gel etter injeksjon, og opprettholde tilstrekkelig mekanisk styrke under implantasjonsprosessen. Langsom gelering kan føre til sedimentering av transplanterte celler og legemidler. Viktig er at fysiske tverrbindingsmetoder ofte resulterer i svake hydrogeler med modul som spenner i titalls til hundrevis Av Pa. Dette området tilsvarer den mekaniske styrken i ryggmargen, noe som gjør dem egnet FOR SCI reparasjon. Imidlertid kan en slik mekanisk styrke ikke være tilstrekkelig FOR pni-reparasjon.Et annet potensielt problem med å bruke hydrogeler er om regenererende aksoner og støttende celler effektivt kan ombygge hydrogelene for å være et vekst permissivt miljø. Tidligere studier med hydrogeler viste at langsiktig perifer nerveregenerasjon for subkritisk defekt hos mus (5 mm) ble kompromittert på grunn av fysisk hindring som skyldes de faste hydrogelene(Madison et al ., 1987; Valentini et al., 1987). Dette kan fremheve viktigheten av matrise remodeling ved hjelp av proteaser, slik som matrix metalloproteinase (MMP) 9, for effektiv regenerering (Nordstrom et al.(1995; Shubayev Og Myers, 2004). Ytterligere studier utforsket effekten av kollagenmatrikssammensetning på murine ESC differensiering. Spesielt påvirker kollagenkonsentrasjonen evnen til embryoide legemer Fra ESCs, for å skille innsiden av stillaset (Battista et al., 2005). Ved høye konsentrasjoner av kollagen kunne cellene ikke migrere og ble apoptotiske, noe som indikerer en optimal konsentrasjon av matrise for cellemigrasjon og celle-cellekontakt er nødvendig for stamcelleoverlevelse og differensiering.