2.5 CELL encapsulation
cell encapsulation or the ability of Biomaterials to retain cell for transplantation is critical for transplanted cell survival and their therapeutic effects to take place. Oprócz przyłączania komórek do powierzchni biomateriału, zawiesina komórek w hydrożelach 3D jest również opłacalną strategią. Biomateriały, które są zwykle wytwarzane w hydrożele, obejmują kolagen, fibrynę, kwas hialuronowy (HA), chitozan, alginian i poli(glikol etylenowy) (Peg) (Ford i in., 2006; Hatami et al., 2009; McCreedy et al., 2014; Mosahebi et al., 2003; Thompson et al., 2018; Zahir et al., 2008). W ostatnich latach hydrożele przyciągnęły wiele uwagi jako wewnętrzna matryca przewodnika nerwowego. Hydrożele mogą być również stosowane jako samodzielne rusztowania, szczególnie w przypadku SCI, ponieważ ich właściwości mechaniczne ściśle pasują do rodzimego rdzenia kręgowego ECM (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009). Porównując różne makro-architektury używane do SCI, wykazano, że projekty otwartych ścieżek działały lepiej niż projekty zamknięte, takie jak cylinder, rurka i wielokanałowe, które niekorzystnie wpływały na otaczającą tkankę, podwajając długość defektu (Wong et al., 2008). Biorąc pod uwagę, że rdzeń kręgowy ma oba połączenia podłużne (tj.), a także boczne połączenia między różnymi typami interneuronów i neuronów ruchowych, rozszerzenie neurytu w kierunku wszystkich kierunków jest korzystne(Friedman et al., 2002; Kiehn and Butt, 2003). Nieodłączne właściwości hydrożeli, takie jak makroporość i miękkość, umożliwiają wymianę cząsteczek, adhezję komórek i migrację, które mogą potencjalnie być korzystne dla regeneracji neuronów (Macaya and Spector, 2012; Madigan et al., 2009; Novikova et al., 2006; Xie et al., 2009; Yuan et al., 2004). Kolejną ważną zaletą hydrożeli jest ich wstrzykiwalność. Materiały do wstrzykiwania mogą łatwo dostosować się do kształtu wnęki zmiany w SCI. Eliminuje to potrzebę dostosowania rusztowań o określonej geometrii, co może obejmować usunięcie zdrowej tkanki wokół miejsca zmiany. Materiał do wstrzykiwania powinien krzepnąć w warunkach fizjologicznych, zwykle w ciągu kilku minut, aby utrzymać kapsułkowanie przeszczepionych komórek.
kilka parametrów projektowych należy wziąć pod uwagę dla hydrożeli, które są używane jako platformy dostarczania komórek (Macaya and Spector, 2012; Shoichet et al., 2007). Jak wspomniano wcześniej, porowatość, wytrzymałość mechaniczna i szybkość degradacji są ważnymi parametrami projektowymi dla biomateriałów. Czas żelowania ma również kluczowe znaczenie dla przeszczepu komórek. Ogólnie rzecz biorąc, stosunkowo szybki proces żelowania lub sieciowania w łagodnych warunkach jest preferowany w celu utrzymania lokalizacji kapsułkowanych komórek i / lub środków terapeutycznych oraz w celu uniknięcia dodatkowych uszkodzeń w miejscu zmiany. Ponieważ większość hydrożeli łączy się za pomocą chemicznych lub fizycznych wyzwalaczy, przeszczepione komórki muszą być w stanie przetrwać w tych warunkach. Chemiczne sieciowanie może być cytotoksyczne, podczas gdy fizyczne wyzwalacze mogą obejmować przenoszenie komórek do niefizjologicznych warunków (Temperatura, pH), które nie są korzystne dla ich przetrwania. Inicjatory chemiczne i związki sieciujące wymagane do tworzenia hydrożeli nie powinny mieć negatywnego wpływu na przeszczepione populacje komórek. Zwłaszcza w przypadku hydrożeli do wstrzykiwania, chemiczne sieciowacze zwykle nie mogą być zmyte in vivo lub hartowane przed implantacją. Wspólne chemiczne metody sieciowania obejmują polimeryzację inicjowaną fotograficznie, enzymatyczne i molekularne sieciowanie. Polimeryzacje inicjowane fotograficznie często wiążą się z użyciem światła ultrafioletowego (UV) z cząsteczką inicjatora fotoelektrycznego. Podczas gdy ta metoda umożliwia szybkie żelowanie, światło UV i fotointerwencja mogą wywoływać apoptozę (Hynes et al., 2007). W przypadku enzymatycznych sieciowanych hydrożeli należy rozważyć i zbadać wpływ enzymów na przeszczepione typy komórek (Yang et al., 2016). Sieciowanie molekularne przedstawia zaletę dostrajania modułu ścinania i szybkości degradacji (Sundararaghavan et al., 2008); jednak mogą być również cytotoksyczne w zależności od stężenia i typów zamkniętych komórek (Barker et al., 1980; Liang et al., 2003). Wspólne strategie sieciowania fizycznego obejmują temperaturę, sieciowanie jonowe i systemy samo-montażowe. Zaletą fizycznych wyzwalaczy jest to, że często mogą występować w roztworach wodnych. Ważnymi parametrami do rozważenia są drastyczne zmiany temperatury i pH, które mogą wywoływać śmierć komórki (Gillette et al., 2008; Wang et al., 2008). Ważną klasą hydrożeli do samodzielnego montażu jest hydrożel ścinający. Kluczowe wymagania dla hydrożeli przerzedzających ścinanie to zdolność do przepływu pod umiarkowanym ciśnieniem, szybkie żelowanie po wstrzyknięciu i utrzymanie wystarczającej wytrzymałości mechanicznej podczas procesu implantacji. Powolne żelowanie może skutkować sedymentacją przeszczepionych komórek i leków. Co ważne, fizyczne metody sieciowania często skutkują słabymi hydrożelami o modułach w zakresie od dziesiątek do setek Pa. Zakres ten odpowiada wytrzymałości mechanicznej rdzenia kręgowego, dzięki czemu nadaje się do naprawy SCI. Jednak taka wytrzymałość mechaniczna może nie być wystarczająca do naprawy PNI.
kolejnym potencjalnym problemem z użyciem hydrożeli jest to, czy regenerujące aksony i komórki wspierające mogą skutecznie przebudować hydrożele, aby były środowiskiem pozwalającym na wzrost. Wcześniejsze badania z użyciem hydrożeli wykazały, że długotrwała regeneracja nerwów obwodowych w przypadku wady subkrytycznej u myszy (5 mm) została naruszona z powodu fizycznej przeszkody stwarzanej przez stałe hydrożele (Madison et al., 1987; Valentini et al., 1987). Może to podkreślić znaczenie przebudowy matrycy przy użyciu proteaz, takich jak metaloproteinaza matrycy (MMP) 9, dla wydajnej regeneracji (Nordstrom et al., 1995; Shubayev and Myers, 2004). Dodatkowe badania badały wpływ składu matrycy kolagenowej na różnicowanie ESC u myszy. W szczególności stężenie kolagenu wpływa na zdolność organów embrionalnych z ESC do różnicowania wewnątrz rusztowania(Battista et al., 2005). Przy wysokich stężeniach kolagenu komórki nie mogły migrować i stały się apoptotyczne, co wskazuje na optymalne stężenie matrycy do migracji komórek, a kontakt komórka–komórka jest wymagany do przetrwania i różnicowania komórek macierzystych.
