2.5 cellinkapsling

Cellinkapsling eller förmågan hos biomaterial att behålla celler för transplantation är avgörande för transplanterad cellöverlevnad och deras terapeutiska effekter att äga rum. Förutom cellfästning på biomaterialytan är cellsuspension i 3D-hydrogeler också en livskraftig strategi. Biomaterial som vanligtvis görs till hydrogeler inkluderar kollagen, fibrin, hyaluronsyra (HA), kitosan, alginat och poly(etylenglykol) (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). Under de senaste åren har hydrogeler väckt mycket uppmärksamhet som den inre matrisen för nervvägledning. Hydrogeler kan också användas som fristående byggnadsställningar, särskilt för SCI eftersom deras mekaniska egenskaper nära matchar den inhemska ryggmärgen ECM (Macaya och Spector, 2012; Madigan et al., 2009). Genom att jämföra olika makroarkitekturer som används för SCI visades det att öppna Bandesigner presterade bättre än stängda mönster, såsom cylinder, rör och flerkanal, vilket påverkade den omgivande vävnaden negativt och fördubblade defektlängden (Wong et al., 2008). Med tanke på att ryggmärgen har båda längsgående anslutningar (dvs. Spinocerebellär kanal, kortikospinalkanal etc.), såväl som laterala anslutningar mellan olika typer av interneuroner och motorneuroner, är neuritförlängning mot alla riktningar att föredra (Friedman et al., 2002; Kiehn och rumpa, 2003). De inneboende egenskaperna hos hydrogeler, såsom att vara makroporösa och mjuka, tillåter molekylutbyten, celladhesion och migration som potentiellt kan vara fördelaktiga för neuronal regenerering (Macaya och Spector, 2012; Madigan et al., 2009; Novikova et al., 2006; Xie et al., 2009; Yuan et al., 2004). En annan stor fördel med hydrogeler är deras injicerbarhet. Injicerbara material kan lätt överensstämma med formen av lesionshålighet i SCI. Detta undanröjer behovet av att rymma byggnadsställningar med definierad geometri, vilket kan innebära att man tar bort frisk vävnad runt lesionsstället. Injicerbart material bör stelna under fysiologiska förhållanden, vanligtvis inom några minuter, för att upprätthålla inkapsling av transplanterade celler.

flera designparametrar måste beaktas för hydrogeler som används som cellleveransplattformar (Macaya och Spector, 2012; Shoichet et al., 2007). Som diskuterats tidigare är porositet, mekanisk styrka och nedbrytningshastigheten viktiga designparametrar för Biomaterial. Tiden för gelering är också kritisk för celltransplantation. I allmänhet föredras en relativt snabb gelerings-eller tvärbindningsprocess under milt tillstånd för att upprätthålla lokalisering av inkapslade celler och/eller terapeutiska medel och för att undvika ytterligare skador på lesionsstället. Eftersom majoriteten av hydrogeler tvärbinder genom antingen kemiska eller fysiska triggers måste transplanterade celler kunna överleva under dessa förhållanden. Kemisk tvärbindare kan vara cytotoxisk, medan fysiska utlösare kan innebära att celler flyttas till icke-fysiologiska förhållanden (temperatur, pH) som inte är gynnsamma för deras överlevnad. Kemiska initiatorer och tvärbindare som krävs för bildning av hydrogeler bör inte påverka transplanterade cellpopulationer negativt. Speciellt för injicerbara hydrogeler kan de kemiska tvärbindarna vanligtvis inte tvättas bort in Vivo eller släckas före implantation. Vanliga kemiska tvärbindningsmetoder inkluderar fotoinitierad polymerisation, enzymatisk och molekylär tvärbindning. Fotoinitierade polymerisationer involverar ofta användning av ultraviolett (UV) ljus med en fotoinitiatormolekyl. Medan denna metod möjliggör snabb gelering kan UV-ljus och fotoinitiator inducera apoptos (Hynes et al., 2007). För enzymatiska tvärbundna hydrogeler måste effekterna av enzymer på transplanterade celltyper övervägas och undersökas (Yang et al., 2016). Molekylära tvärbindare presenterar fördelen finjusterande skjuvmodul och nedbrytningshastighet (Sundararaghavan et al., 2008); emellertid kan de också vara cytotoxiska beroende på koncentrationen och inkapslade celltyper (Barker et al., 1980; Liang et al., 2003). Vanliga fysiska tvärbindningsstrategier inkluderar temperatur, jonisk tvärbindning och självmonterande system. Fördelen med fysiska triggers är att de ofta kan förekomma i vattenhaltiga lösningar. Viktiga parametrar att tänka på är drastiska temperatur-och pH-förändringar som kan inducera celldöd (Gillette et al., 2008; Wang et al., 2008). En viktig klass av självmonterande hydrogeler är skjuvförtunnande hydrogel. De viktigaste kraven för skjuvförtunnande hydrogeler är förmågan att flöda under blygsamt tryck, snabbt gel efter injektion och upprätthålla tillräcklig mekanisk styrka under implantationsprocessen. Långsam gelering kan resultera i sedimentering av transplanterade celler och läkemedel. Viktigt är att fysiska tvärbindningsmetoder ofta resulterar i svaga hydrogeler med moduler som sträcker sig i tiotals till hundratals Pa. Detta intervall motsvarar ryggmärgens mekaniska styrka, vilket gör dem lämpliga för SCI-reparation. En sådan mekanisk styrka kanske emellertid inte är tillräcklig för PNI-reparation.

ett annat potentiellt problem med att använda hydrogeler är om regenererande axoner och stödjande celler effektivt kan omforma hydroglarna för att vara en tillväxt tillåten miljö. Tidigare studier med hydrogeler visade att långvarig perifer nervregenerering för subkritisk defekt hos möss (5 mm) komprometterades på grund av fysisk hinder från de fasta hydroglarna (Madison et al., 1987; Valentini et al., 1987). Detta kan lyfta fram vikten av matrisomvandling med proteaser, såsom matrismetalloproteinas (MMP) 9, för effektiv regenerering (Nordstrom et al., 1995; Shubayev och Myers, 2004). Ytterligare studier undersökte effekterna av kollagenmatriskomposition på Murin ESC-differentiering. Specifikt påverkar kollagenkoncentrationen förmågan hos embryoidkroppar från ESC, att differentiera insidan av ställningen (Battista et al., 2005). Vid höga koncentrationer av kollagen kunde cellerna inte migrera och blev apoptotiska, vilket indikerar en optimal koncentration av matris för cellmigration och cell–cellkontakt krävs för stamcellsöverlevnad och differentiering.