Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự tái tạo sụn hyaline được thúc đẩy bởi các tế bào trung mô ngoại lai được nhúng trong các hydrogel sinh học dựa trên tái tổng hợp elastin
Tóm tắt
Trong vài thập kỷ qua, các công cụ điều trị mới cho sự tái tạo xương sụn đã xuất hiện từ sự kết hợp giữa các tế bào trung mô stroma (MSCs) và các vật liệu sinh học thông minh đặc biệt như các tái tổng hợp elastin giống như (ELRs), có thể đóng vai trò như các vật mang tế bào. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đánh giá khả năng vận chuyển các tế bào trung mô người ngoại lai (hMSCs) trong một hệ thống hydrogel dựa trên ELR có thể tiêm vào để tái tạo xương sụn ở thỏ. Đầu tiên, một khuyết tật xương sụn kích thước lớn được tạo ra ở xương đùi của động vật và sau đó được lấp đầy bằng hydrogel ELR một mình hoặc với hMSCs nhúng trong đó. Kết quả tái tạo được đánh giá sau ba tháng bằng cách đánh giá toàn diện, hình ảnh cộng hưởng từ và chẩn đoán công nghệ tính toán, cho thấy sự lấp đầy hoàn toàn của khuyết tật và sự hình thành de novo của sụn giống hyaline và xương dưới sụn ở các khớp đầu gối được điều trị bằng hMSC. Hơn nữa, việc cắt và nhuộm mẫu mô cho thấy sự tái tạo bề dày sụn đầy đủ và sửa chữa xương dưới sụn sớm, mà trong trường hợp hydrogel ELR nạp tế bào thì tương tự hơn với sụn tự nhiên. Các khác biệt mô học tổng thể giữa hai nhóm được đánh giá bán định lượng bằng thang điểm Wakitani và cho thấy có ý nghĩa thống kê (p < 0.05). Tình trạng miễn dịch huỳnh quang chống lại kháng thể ty thể người ba tháng sau khi cấy ghép cho thấy rằng hMSCs đã được tích hợp vào mô hình thành de novo, do đó gợi ý khả năng vượt qua rào cản giữa các loài. Do đó, chúng tôi kết luận rằng việc sử dụng các tế bào MSC ngoại lai nhúng trong hydrogel dựa trên ELR dẫn đến sự tái tạo thành công của sụn hyaline trong các tổn thương xương sụn.
Từ khóa
#tái tạo xương sụn #tế bào trung mô #hydrogel #elastin giống như #tổn thương xương sụnTài liệu tham khảo
Kuettner KE, Cole AA. Cartilage degeneration in different human joints. Osteoarthr Cartil. 2005;13(2):93–103.
Hiligsmann M, Reginster J-Y. The economic weight of osteoarthritis in Europe. Medicographia. 2013;35(1):197–202.
Chevalier X. Physiopathology of arthrosis. The normal cartilage. Presse Med. 1998;27(2):75–80.
Vaquero J, Forriol F. Knee chondral injuries: clinical treatment strategies and experimental models. Injury. 2011;43:694–705.
Chen F, Rousche K, Tuan R. Technology insight: adult stem cells in cartilage regeneration and tissue engineering. Nat Clin Pract Rheumatol. 2006;2(7):373–82.
Li J, Ezzelarab MB, Cooper DKC. Do mesenchymal stem cells function across species barriers? Relevance for xenotransplantation. Xenotransplantation. 2012;19(5):273–85.
Roche ET, Hastings CL, Lewin SA, Shvartsman D, Brudno Y, Vasilyev NV, et al. Comparison of biomaterial delivery vehicles for improving acute retention of stem cells in the infarcted heart. Biomaterials. 2014;35(25):6850–8.
Martens TP, Godier AFG, Parks JJ, Wan LQ, Koeckert MS, Eng GM, et al. Percutaneous cell delivery into the heart using hydrogels polymerizing in situ. Cell Transplant. 2009;18(3):297–304.
Girotti A, Orbanic D, Ibáñez-Fonseca A, Gonzalez-Obeso C, Rodríguez-Cabello JC. Recombinant technology in the development of materials and systems for soft-tissue repair. Adv Healthc Mater. 2015;4(16):2423–55.
Rodriguez-Cabello JC, Martin L, Girotti A, Garcia-Arevalo C, Arias FJ, Alonso M. Emerging applications of multifunctional elastin-like recombinamers. Nanomedicine. 2011;6(1):111–22.
Urry DW. Molecular machines - how motion and other functions of living organisms can result from reversible chemical-changes. Angew Chem-Int Ed Engl. 1993;32(6):819–41.
Martin L, Arias FJ, Alonso M, Garcia-Arevalo C, Rodriguez-Cabello JC. Rapid micropatterning by temperature-triggered reversible gelation of a recombinant smart elastin-like tetrablock-copolymer. Soft Matter. 2010;6(6):1121–4.
Ruoslahti E, Pierschbacher MD. Arg-Gly-Asp: a versatile cell recognition signal. Cell. 1986;44(4):517–8.
Trattnig S, Millington SA, Szomolanyi P, Marlovits S. MR imaging of osteochondral grafts and autologous chondrocyte implantation. Eur Radiol. 2007;17(1):103–18.
Barber FA, Dockery WD. A computed tomography scan assessment of synthetic multiphase polymer scaffolds used for osteochondral defect repair. Arthroscopy. 2011;27(1):60–4.
Orth P, Zurakowski D, Wincheringer D, Madry H. Reliability, reproducibility, and validation of five major histological scoring systems for experimental articular cartilage repair in the rabbit model. Tissue Eng Part C Methods. 2011;18(5):329–39.
Pérez-Simon JA, López-Villar O, Andreu EJ, Rifón J, Muntion S, Campelo MD, et al. Mesenchymal stem cells expanded in vitro with human serum for the treatment of acute and chronic graft-versus-host disease: results of a phase I/II clinical trial. Haematologica. 2011;96(7):1072–6.
Villaron E, Almeida J, Lopez-Holgado N, Alcoceba M, Sanchez-Abarca L, Sanchez-Guijo F, et al. Mesenchymal stem cells are present in peripheral blood and can engraft after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Haematologica. 2004;89(12):1421–7.
Rodriguez-Cabello JC, Girotti A, Ribeiro A, Arias FJ. Synthesis of genetically engineered protein polymers (recombinamers) as an example of advanced self-assembled smart materials. Methods Mol Biol. 2012;811:17–38.
Nakamura T, Sekiya I, Muneta T, Hatsushika D, Horie M, Tsuji K, et al. Arthroscopic, histological and MRI analyses of cartilage repair after a minimally invasive method of transplantation of allogeneic synovial mesenchymal stromal cells into cartilage defects in pigs. Cytotherapy. 2012;14(3):327–38.
Hrabchak C, Rouleau J, Moss I, Woodhouse K, Akens M, Bellingham C, et al. Assessment of biocompatibility and initial evaluation of genipin cross-linked elastin-like polypeptides in the treatment of an osteochondral knee defect in rabbits. Acta Biomater. 2010;6(6):2108–15.
Nettles DL, Kitaoka K, Hanson NA, Flahiff CM, Mata BA, Hsu EW, et al. In situ crosslinking elastin-like polypeptide gels for application to articular cartilage repair in a goat osteochondral defect model. Tissue Eng Part A. 2008;14(7):1133–40.
Schütz K, Despang F, Lode A, Gelinsky M. Cell-laden biphasic scaffolds with anisotropic structure for the regeneration of osteochondral tissue. J Tissue Eng Regen Med. 2016;10(5):404–17.
Marquass B, Somerson JS, Hepp P, Aigner T, Schwan S, Bader A, et al. A novel MSC-seeded triphasic construct for the repair of osteochondral defects. J Orthop Res. 2010;28(12):1586–99.
Yang J, Zhang YS, Yue K, Khademhosseini A. Cell-laden hydrogels for osteochondral and cartilage tissue engineering. Acta Biomaterialia. 2017. doi:10.1016/j.actbio.2017.01.036.
Kim M, Foo LF, Uggen C, Lyman S, Ryaby JT, Moynihan DP, et al. Evaluation of early osteochondral defect repair in a rabbit model utilizing fourier transform-infrared imaging spectroscopy, magnetic resonance imaging, and quantitative T2 mapping. Tissue Eng Part C Methods. 2010;16(3):355–64.
Haleem AM, Singergy AA, Sabry D, Atta HM, Rashed LA, Chu CR, et al. The clinical use of human culture-expanded autologous bone marrow mesenchymal stem cells transplanted on platelet-rich fibrin glue in the treatment of articular cartilage defects: a pilot study and preliminary results. Cartilage. 2010;1(4):253–61.
Koga H, Muneta T, Ju YJ, Nagase T, Nimura A, Mochizuki T, et al. Synovial stem cells are regionally specified according to local microenvironments after implantation for cartilage regeneration. Stem Cells. 2007;25(3):689–96.
Mazaki T, Shiozaki Y, Yamane K, Yoshida A, Nakamura M, Yoshida Y, et al. A novel, visible light-induced, rapidly cross-linkable gelatin scaffold for osteochondral tissue engineering. Sci Rep. 2014;4:4457.
Miller RE, Grodzinsky AJ, Vanderploeg EJ, Lee C, Ferris DJ, Barrett MF, et al. Effect of self-assembling peptide, chondrogenic factors, and bone marrow-derived stromal cells on osteochondral repair. Osteoarthr Cartil. 2010;18(12):1608–19.
D’Este M, Sprecher CM, Milz S, Nehrbass D, Dresing I, Zeiter S, et al. Evaluation of an injectable thermoresponsive hyaluronan hydrogel in a rabbit osteochondral defect model. J Biomed Mater Res A. 2016;104(6):1469–78.
Levingstone TJ, Thompson E, Matsiko A, Schepens A, Gleeson JP, O’Brien FJ. Multi-layered collagen-based scaffolds for osteochondral defect repair in rabbits. Acta Biomater. 2016;32:149–60.
Pulkkinen HJ, Tiitu V, Valonen P, Jurvelin JS, Rieppo L, Töyräs J, et al. Repair of osteochondral defects with recombinant human type II collagen gel and autologous chondrocytes in rabbit. Osteoarthr Cartil. 2013;21(3):481–90.
Liu S, Jia Y, Yuan M, Guo W, Huang J, Zhao B, et al. Repair of osteochondral defects using human umbilical cord Wharton’s jelly-derived mesenchymal stem cells in a rabbit model. BioMed Res Int. 2017;2017:12.
Jang K-M, Lee J-H, Park CM, Song H-R, Wang JH. Xenotransplantation of human mesenchymal stem cells for repair of osteochondral defects in rabbits using osteochondral biphasic composite constructs. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2014;22(6):1434–44.