Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Polysaccharide exopolysaccharide cellulose từ mật đường mía như một nền tảng phù hợp cho các văn hóa tế bào nơ-ron và tế bào thần kinh đệm loại 2D và 3D
Tóm tắt
Polysaccharide được tổng hợp từ vi khuẩn đã thu hút sự quan tâm trong các ứng dụng y sinh như những vật liệu đầy hứa hẹn để sử dụng làm cấy ghép và khung. Nghiên cứu hiện tại đã kiểm tra giả thuyết cho rằng exopolysaccharide cellulose (CEC) được tạo ra từ mật đường mía với chi phí thấp và độ tinh khiết phù hợp sẽ là một nền tảng phù hợp cho các văn hóa tế bào nơ-ron và/hoặc tế bào thần kinh đệm loại 2D và 3D, với điều kiện là độc tính thấp. Tính tương thích sinh học của CEC trong các văn hóa tế bào này đã được đánh giá qua sự sống sót của tế bào, sự bám dính, sự phát triển và chức năng tế bào (hình ảnh canxi). Ma trận polystyrene hoặc Matrigel® được sử dụng làm công cụ so sánh. Chúng tôi đã chứng minh rằng các đặc tính của CEC trong các cấu hình 2D hoặc 3D phù hợp cho sự phân hóa của tế bào thần kinh đệm vỏ não và nơ-ron trong các văn hóa đơn lẻ hoặc pha trộn. Không phát hiện độc tính trong các nơ-ron cho thấy sự xâm nhập Ca2+ do NMDA gây ra. Khác với các polysaccharide tổng hợp từ vi khuẩn khác, CEC có hiệu quả như một chất hỗ trợ ngay cả khi không có sự liên kết bề mặt với các protein của ma trận ngoại bào, duy trì các đặc điểm sinh lý của các tế bào thần kinh đã được nuôi cấy. Những quan sát này mở ra triển vọng phát triển một khung sinh học 3D mới được sản xuất từ cellulose vi khuẩn và thu được từ các nguồn tái tạo mà các chất thải của nó không phải là chất ô nhiễm. Chi phí thấp và khả năng sản xuất quy mô lớn của nó cũng phù hợp cho các ứng dụng tiềm năng trong y học tái tạo.
Từ khóa
#exopolysaccharide cellulose #mật đường mía #nuôi cấy tế bào nơ-ron #tế bào thần kinh đệm #y học tái tạoTài liệu tham khảo
Blunk T, Göpferich A, Tessmar T. Special issue: biomimetic polymers. Biomaterials. 2003;24:4335.
O’Brien FJ. Biomaterials and scaffolds for tissue engineering. Mater Today. 2011;14:88–95.
Ai J, Kiasat-Dolatabadi A, Ebrahimi-Barough S, Ai A, Lotfibakhshaiesh N, Norouzi-Javidan A, et al. Polymeric scaffolds in neural. Tissue Eng. 2013;1:15–20.
Little L, Healy KE, Schaffer D. Engineering biomaterials for synthetic neural stem cell microenvironments. Chem Rev. 2008;108:1787–96.
Vasita R, Katti DS. Nanofibers and their applications in tissue engineering. Int J Nanomed. 2006;1:15–30.
Fabela-Sánchez O, Zarate-Trivino D, Parra-Cid C, Gómez-García R, Munoz-Sánchez C, Solis L, et al. A hybrid natural -synthetic chitosan-based hydrogel as scaffold for mammalian cell culture for tissue engineering applications. Tissue Eng Cell Ther Regen Med Lab. 2008;22:6117575.
Guerra GD, Barbani N, Gagliardi M, Rosellini E, Cristallini C. Chitosan-based macromolecular biomaterials for the regeneration of chondroskeletal and nerve tissue. Int J Carbohydr Chem. 2011;14:1–9.
Zamani F, Amani-Tehran F, Latifi M, Shokrgozar MA, Zaminy A. Promotion of spinal cord axon regeneration by 3D nanofibrous core-sheath scaffolds. J Biomed Mater Res Part A. 2014;102:506–13.
Tate MC, Shear DA, Hoffman SW, Stein DG, LaPlaca MC. Biocompatibility of methylcellulose-based constructs designed for intracerebral gelation following experimental traumatic brain injury. Biomaterials. 2001;22:1113–23.
Clausen F, Lindh T, Salimi S, Erlandsson A. Combination of growth factor treatment and scaffold deposition following experimental traumatic brain injury show a temporary effect on cellular regeneration. Brain Res.2014;1588:37–46.
Khan F, Ahmad SR. Polysaccharides and their derivatives for versatile tissue engineering application. Macromol Biosci. 2013;13:395–421.
Kowalska-Ludwicka K, Cala J, Grobelski B, Sygut D, Jesionek-Kupnicka D, Kolodziejczyk M, Bielecki S, Pasieka Z. Modified bacterial cellulose tubes for regeneration of damaged peripheral nerves. Arch Med Sci. 2013;9:527–34.
Pértile RAN, Moreira S, Andrade FK, Domingues L, Gama M. Bacterial cellulose modified through recombinant proteins as a scaffold for neuronal cell culture. Sem Eng. 2010;1:11–2.
Muller D, Silva JP, Rambo CR, Barra GMO, Dourado F, Gama FM. Neuronal cells’ behavior on polypyrrole coated bacterial nanocellulose three-dimensional (3D) scaffolds. J Biomater Sci Polym. 2013;24:1368–77.
Innala M, Riebe I, Kuzmenko V, Sundberg J, Gatenholm P, Hanse E, Johannesson S. 3D Culturing and differentiation of SH-SY5Y neuroblastoma cells on bacterial nanocellulose scaffolds, artif cells, nanomedicine. Biotechnol. 2014;42:302–8.
Paterson-Beedle M, Kennedy JF, Melo FAD, Lloyd LL, Medeiros V. Cellulosic exopolysaccharide produced from sugarcane molasses by a Zoogloea sp. Carbohydr Polym. 2000;42:375–83.
Cavalcante AHM, Carvalho LB, Carneiro-da-Cunha MG. Cellulosic exopolysaccharide produced by Zoogloea sp. as a film support for trypsin immobilization. Biochem Eng J. 2006;29:258–61.
Carvalho AM Jr, Santos MM, Barkokébas BB, Aguiar JLA, Lima SVC, Dambros M. Characterization of the deposition of collagen fibers and lithogenic potential in bladder of rats submitted to a sugar cane biopolymer graft. Int Braz J Urol. 2012;38:544–51.
Medeiros MD Jr, Carvalho EJDA, Catunda IS, Bernardino-Araujo S, Aguiar JLDA. Hydrogel of polysaccharide of sugarcane molasses as carrier of bone morphogenetic protein in the reconstruction of critical bone defects in rats. Acta Cir Bras. 2013;28:233–38.
de Barros-Marques SR, Marques-Lins E, de Albuquerque MC, de Andrade-Aguiar JL. Sugarcane biopolymer patch in femoral vein angioplasty on dogs. J Vasc Surg. 2012;55:517–21.
Pinto FC, De-Oliveira AC, De-Carvalho RR, Gomes-Carneiro MR, Coelho DR, Lima SV, Paumgartten FJ, Aguiar JL. Acute toxicity, cytotoxicity, genotoxicity and antigenotoxic effects of a cellulosic exopolysaccharide obtained from sugarcane molasses. Carbohydr Polym. 2016;137:556–60.
Cavalcanti LMA, Pinto FCM, Oliveira GMA, Lima SVC, Andrade Aguiar JL, Lins, Lins EM. Efficacy of bacterial cellulose membrane for the treatment of lower limbs chronic varicose ulcers: a randomized and controlled trial. Rev do Colégio Bras De Cir. 2017;44:72–80. https://doi.org/10.1590/0100-69912017001011
Vilar FL, Pinto FCM, Albuquerque AV, Martins AGS, Araújo LAP, Andrade Aguiar JL, Lima SVC. A wet dressing for male genital surgery: a phase II clinical trial. Int Braz J Urol. 2016;42:1220–7.
Silveira FCA, Pinto FCM, Caldas Neto SS, Leal MC, Cesário J, Aguiar JLA. Treatment of tympanic membrane perforation using bacterial cellulose: a randomized controlled trial. Braz J Otorhinolaryngol. 2016;82:203–8.
Lima FM, Pinto FC, Andrade-da-Costa BL, Silva JG, Campos Júnior O, Aguiar JL. Biocompatible bacterial cellulose membrane in dural defect repair of rat. J Mater Sci Mater Med. 2017;28:37.
Fragoso AS, Silva MB, de Melo CP, Aguiar JL, Rodrigues CG, de Medeiros PL, et al. Oliveira MD. Dielectric study of the adhesion of mesenchymal stem cells from human umbilical cord on a sugarcane biopolymer. J Mater Sci Mater Med. 2014;25:229–37.
Gomes FCA, Garcia-Abreu J, Galou M, Paulin D, Moura Neto V. Neurons induce GFAP gene promoter of cultured astrocytes from transgenic mice. Glia. 1999;26:97–108.
Mosmann T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J Immunol Methods. 1983;65:55–63.
Lai Y, Cheng K, Kisaalita W. Three dimensional neuronal cell cultures more accurately model voltage-gated calcium channel functionality in freshly dissected nerve tissue. PLoS One. 2012;7:e45074.
Flanagan KE, Tien LW, Elia R, Wu J, Kaplan D. Development of a sutureless dural substitute from Bombyx mori silk fibroin. J Biomed Mater Res Part B. 2015;103:485–94.
Georges PC, Miller WJ, Meaney DF, Sawyer ES, Janmey PA. Matrices with compliance comparable to that of brain tissue select neuronal over glial growth in mixed cortical cultures. Biophys J. 2006;90:3012–8.
Ali MY, Chuang CY, Saif MTA. Reprogramming cellular phenotype by soft collagen gels. Soft Matter. 2014;10:8829–37.
Silveira RK, Coelho AR, Pinto FC, de Albuquerque AV, de Melo Filho DA, de Andrade Aguiar JL. Bioprosthetic mesh of bacterial cellulose for treatment of abdominal muscle aponeurotic defect in rat model. J Mater Sci Mater Med. 2016;129:1–9.
Geisel N, Clasohm J, Shi X, Lamboni L, Yang J, Mattern K, Yang G, Schäfer KH, Saumer M. Microstructured multilevel bacterial cellulose allows the guided growth of neural stem cells. Small. 2016;12:5407–5413.
Li D, Agulhon C, Schmidt E, Oheim M, Robert N. New tools for investigating astrocyte-to-neuron communication. Front Cell Neurosci. 2013;7:193.
Brini M, Calì T, Ottolini D, Carafoli E. Neuronal calcium signaling: function and dysfunction. Cell Mol Life Sci. 2014;71:2787–814.
Hardingham GE, Hilmar B. Synaptic versus extrasynaptic NMDA receptor signaling: implications for neurodegenerative disorders. Nat Rev Neurosci. 2010;11:682–696.
Sheng M, Cummings J, Roldan LA, Jan YN, Jan LY. Changing subunit composition of heteromeric NMDA receptors during development of rat cortex. Nature. 1994;368:144–7.
Katz JS, Burdick JA. Hydrogel mediated delivery of trophic factors for neural repair. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol. 2009;1:128–39.
Placone AL, McGuigan PM, Bergles DE, Guerrero-Cazares H, Quiñones-Hinojosa A, Searson PC. Human astrocytes develop physiological morphology and remain quiescent in a novel 3D matrix. Biomaterials. 2015;42:134–43.
Hopkins AM, De Simone E, Chwalek K, Kaplan DL. 3D in vitro modeling of the central nervous system. Prog Neurobiol. 2015;125:1–25.
Phillips JB. Monitoring neuron and astrocyte interactions with a 3D cell culture system. Methods Mol Biol. 2014;1162:113–24.