2.5 Cell encapsulation
Cell encapsulation of het vermogen van biomaterialen om cellen te behouden voor transplantatie is van cruciaal belang voor de overleving van getransplanteerde cellen en hun therapeutische effecten. Naast celhechting aan het biomateriaal oppervlak is celsuspensie in 3D hydrogels ook een haalbare strategie. Biomaterialen die algemeen in hydrogels worden gemaakt omvatten collageen, fibrine, Hyaluronzuur (HA), chitosan, alginaat, en poly(ethyleenglycol) (pin) (Ford et al., 2006; Hatami et al., 2009; McCreedy et al., 2014; Mosahebi et al., 2003; Thompson et al., 2018; Zahir et al., 2008). In de afgelopen jaren hebben hydrogels veel aandacht getrokken als de interne matrix voor zenuwgeleiding. Hydrogels kunnen ook worden gebruikt als stand-alone steigers, met name voor SCI als hun mechanische eigenschappen nauw overeenkomen met de inheemse ruggenmerg ECM (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009). Door het vergelijken van verschillende macro-architecturen gebruikt voor SCI, werd aangetoond dat open pad ontwerpen beter presteerden dan gesloten ontwerpen, zoals cilinder, buis, en multichannel, die het omliggende weefsel nadelig beïnvloed, verdubbeling van de defectlengte (Wong et al., 2008). Gezien het feit dat het ruggenmerg heeft beide longitudinale verbindingen (dwz spinocerebellaire tractus, corticospinale tractus etc.), evenals laterale verbindingen tussen verschillende soorten interneuronen en motorneuronen, neurietuitbreiding naar alle richtingen heeft de voorkeur (Friedman et al., 2002; Kiehn and Butt, 2003). De inherente eigenschappen van hydrogels, zoals macroporeus en zacht zijn, staan molecuuluitwisselingen, celadhesie en migratie toe die potentieel voordelig zouden kunnen zijn voor neuronale regeneratie (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009; Novikova et al., 2006; Xie et al., 2009; Yuan et al., 2004). Een ander groot voordeel van hydrogels is hun injecteerbaarheid. Injecteerbare materialen kunnen gemakkelijk voldoen aan de vorm van laesieholte in SCI. Dit elimineert de noodzaak om scaffolds met gedefinieerde geometrie tegemoet te komen, wat het verwijderen van gezond weefsel rond de laesieplaats kan inhouden. Injecteerbaar materiaal moet stollen onder fysiologische omstandigheden, meestal binnen enkele minuten, om inkapseling van getransplanteerde cellen te handhaven.
verschillende ontwerpparameters moeten worden overwogen voor hydrogels die worden gebruikt als platforms voor celafgifte (Macaya and Spector, 2012; Shoichet et al., 2007). Zoals eerder besproken, zijn porositeit, mechanische sterkte, en de snelheid van degradatie belangrijke ontwerpparameters voor biomaterialen. De tijd voor gelatie is ook cruciaal voor celtransplantatie. Over het algemeen, een relatief snelle gelatie of crosslinking proces onder milde voorwaarde heeft de voorkeur om lokalisatie van ingekapselde cellen en/of therapeutische middelen te handhaven en om extra schade aan de laesieplaats te vermijden. Aangezien de meerderheid van hydrogels crosslink door chemische of fysieke Trekkers, getransplanteerde cellen moeten kunnen overleven onder deze voorwaarden. De chemische crosslinker kan cytotoxic zijn, terwijl de fysieke Trekkers het verschuiven van cellen aan niet-fysiologische voorwaarden (temperatuur, pH) kunnen impliceren die aan hun overleving niet gunstig zijn. Chemische initiators en crosslinkers die nodig zijn voor de vorming van hydrogels mogen geen negatieve invloed hebben op getransplanteerde celpopulaties. Vooral voor injecteerbare hydrogels kunnen de chemische crosslinkers meestal niet in vivo worden weggespoeld of geblust voordat ze worden geïmplanteerd. De gemeenschappelijke chemische crosslinking methodes omvatten foto-geïnitieerde polymerisatie, enzymatisch, en moleculaire crosslinking. Foto-geïnitieerde polymerisaties impliceren vaak het gebruik van ultraviolet (UV) licht met een foto-initiator molecule. Hoewel deze methode snelle gelatie mogelijk maakt, kunnen UV-licht en foto-initiator apoptose veroorzaken (Hynes et al., 2007). Voor enzymatische crosslinked hydrogels moeten de effecten van enzymen op getransplanteerde celtypen worden overwogen en onderzocht (Yang et al., 2016). Moleculaire crosslinkers presenteert het voordeel fine-tuning shear modulus en degradatie snelheid (Sundararaghavan et al., 2008); nochtans, kunnen zij ook cytotoxic afhankelijk van de concentratie en ingekapselde celtypes zijn (Barker et al., 1980; Liang et al., 2003). Gemeenschappelijke fysieke crosslinking strategieën omvatten temperatuur, Ionische crosslinking, en zelfassemblage systemen. Het voordeel van fysieke triggers is dat ze vaak kunnen voorkomen in waterige oplossingen. Belangrijke parameters om te overwegen zijn drastische temperatuur en pH veranderingen die celdood kunnen induceren (Gillette et al., 2008; Wang et al., 2008). Een belangrijke klasse van zelfassemblage hydrogels is afschuifverdunnende hydrogel. De belangrijkste vereisten voor afschuifverdunnende hydrogels zijn het vermogen om onder bescheiden druk te stromen, snel gel na injectie en voldoende mechanische sterkte te behouden tijdens het implantatieproces. Langzame gelatie kan leiden tot sedimentatie van getransplanteerde cellen en geneesmiddelen. Belangrijk, fysieke crosslinking methoden vaak resulteren in zwakke hydrogels met moduli variërend in tientallen tot honderden Pa. Dit bereik komt overeen met de mechanische sterkte van het ruggenmerg, waardoor ze geschikt zijn voor SCI reparatie. Een dergelijke mechanische sterkte kan echter niet voldoende zijn voor PNI-reparatie.
een ander potentieel probleem bij het gebruik van hydrogels is of regenererende axonen en ondersteunende cellen de hydrogels efficiënt kunnen remodelleren tot een groei permissieve omgeving. Eerdere studies waarbij hydrogels werden gebruikt, toonden aan dat de regeneratie van de perifere zenuwen op lange termijn voor subkritisch defect bij muizen (5 mm) gecompromitteerd werd door fysieke belemmeringen van de vaste hydrogels (Madison et al., 1987; Valentini et al., 1987). Dit kan het belang van matrixremodellering benadrukken gebruikend proteasen, zoals matrixmetalloproteinase (MMP) 9, voor efficiënte regeneratie (Nordstrom et al., 1995; Shubayev en Myers, 2004). Aanvullende studies onderzochten de effecten van collageenmatrixsamenstelling op muriene ESC-differentiatie. Specifiek, collageenconcentratie beïnvloedt het vermogen van embryoïde lichamen van ESCs, om binnenkant van de steiger te onderscheiden (Battista et al., 2005). Bij hoge concentraties van collageen, konden de cellen niet migreren en werden apoptotisch, die op een optimale concentratie van matrix voor celmigratie wijzen en cel–celcontact wordt vereist voor stamceloverleving en differentiatie.
