داربست های سه بعدی با سختی متفاوت اما ریزساختار یکسان برای مهندسی بافت استخوان

تاریخ انتشار: شنبه 20 تیر 1394 | امتیاز: Article Rating

شواهد رو به رشد نشان داده است که سختی ماتریکس خارج سلولی (ECM) می تواند چسبندگی ، تکثیر، مهاجرت، تمایز و سیگنالینگ سلول های بنیادی را تنظیم کند. سلول های بنیادی می توانند ریزمحیط مکانیکی ماتریکس خارج سلولی را احساس کرده و به آن با حساسیت پاسخ دهند. با این حال، اکثر مطالعات بر ریز محیط دو بعدی کلاسیک (D2) و یا محیط شبه سه بعدی که نمی تواند وضعیت واقعی در داخل بدن را نشان دهند تمرکز کرده اند. علاوه براین، بسیاری از روش های فعلی مورد استفاده برای تولید خواص مکانیکی مختلف همواره خواص ساختاری اساسی داربست (مانند مورفولوژی، تخلخل، اندازه منافذ و اتصال منافذ) را تغییر می دهند. در این مطالعه، ما یک داربست سه بعدی جدید (D3) با درجات مختلف سختی، اما ریزساختار سه بعدی مشابه را ایجاد کردیم که با استفاده از استخوان اسفنجی فاقد سلول شده حفظ شده بود. مخلوطی از کلاژن و هیدروکسی آپاتیت [HA: Ca10 (PO4) 6 (OH) 2] با نسبت های متفاوت بر روی استخوان اسفنجی فاقد سلول شده با سختی متفاوت (سختی موضعی: 5.55 ± 13.00 کیلو پاسکال، 1.51±13.87   کیلو پاسکال و 19.6±37.7   کیلو پاسکال . سختی بالک: 1.16± 6.74 کیلو پاسکال، 2.12±8.82 کیلو پاسکال و 8.06±23.61 کیلو پاسکال) پوشش داده شدند. روش میکرو توموگرافی کامپیوتری (μ-CT) ثابت کرد که قبل یا بعد از پوشش اختلاف معنی داری در معماری داربست وجود ندارد. بقاء سلول، تمایز استئوژنیک، به کارگیری سلولی و رگ زایی برای توصیف داربست ها و ارزیابی پاسخ های بیولوژیکی آنها در in vitro   و  in vivo اندازه گیری شد. نتایج in vitro  نشان داد که داربست های تولید شده در این مطالعه می توانند چسبندگی و رشد سلول های بنیادی مزانشیمی رت ( (MSCرا حفظ و تمایز استئوژنیک آنها را پیش ببرند. نتایج in vivo بیشتر نشان داد که این داربست ها می توانند به جذب MSC ها از بافت زیر جلدی، و القا تمایز آنها به سلولهای استئوبلاست کمک کرده و یک محیط سه بعدی برای رگزایی را فراهم کنند. این یافته ها نشان داد روشی که ما ابداع کردیم می تواند داربست هایی با خواص مکانیکی قابل تنظیم تقریبا بدون تغییر در ساختار سه بعدی تولید کند. این روش تولید نه تنها می تواند داربستی بدون سلول با سختی مطلوب ماتریکس به منظور ارتقاء استئوژنیک، به کارگیری سلولی و رگزایی در مهندسی بافت استخوان ایجاد کند ، بلکه پیامدهای مهمی برای مطالعات با موضوع اثرات سختی ماتریکس بر تمایز سلولهای بنیادی در محیط سه بعدی دارد. 

3D Scaffolds with Different Stiffness but Same Microstructure for Bone Tissue Engineering.

Chen GDong CYang LLv Y.

Abstract

A growing body of evidence has shown that extracellular matrix (ECM) stiffness can modulate stem cell adhesion, proliferation, migration, differentiation and signaling. Stem cells can feel and respond sensitively to the mechanical microenvironment of the ECM. However, most studies have focused on classical two-dimensional (2D) or quasi-three-dimensional environment, which cannot represent the real situation in vivo. Furthermore, most the current methods used to generate different mechanical properties invariably change the fundamental structural properties of the scaffolds (such as morphology, porosity, pore size, and pore interconnectivity). In this study, we have developed a novel three-dimensional (3D) scaffolds with different degrees of stiffness, but the same 3D microstructure, that was maintained by using decellularized cancellous bone. Mixtures of collagen and hydroxyapatite [HA: Ca10(PO4)6(OH)2] with different proportions were coated on decellularized cancellous bone to vary the stiffness (local stiffness: 13.00±5.55 kPa, 13.87±1.51 kPa, and 37.7±19.6 kPa; bulk stiffness: 6.74±1.16 kPa, 8.82±2.12 kPa, and 23.61±8.06 kPa). Micro computed tomography (μ-CT) assay proved that there was no statistically significant difference in the architecture of the scaffolds before or after coating. Cell viability, osteogenic differentiation, cell recruitment and angiogenesis were determined to characterize the scaffolds and evaluate their biological responses in vitro and in vivo. The in vitro results indicate that the scaffolds developed in this study could sustain adhesion and growth of rat mesenchymal stem cells (MSCs) and promote their osteogenic differentiation. The in vivo results further demonstrated that these scaffolds could help to recruit MSCs from subcutaneous tissue, induce them to differentiate into osteoblasts, and provide the 3D environment for angiogenesis. These findings showed that the method we developed can build scaffolds with tunable mechanical properties almost without variation in 3D microstructure. These preparations not only can provide a cell-free scaffold with optimal matrix stiffness to enhance osteogenic differentiation, cell recruitment and angiogenesis in bone tissue engineering, but also have significant implications for studies on the effects of matrix stiffness on stem cells differentiation in 3D environment.

PMID: 26151287
ثبت امتیاز
نظرات
در حال حاضر هیچ نظری ثبت نشده است. شما می توانید اولین نفری باشید که نظر می دهید.
ارسال نظر جدید

تصویر امنیتی
کد امنیتی را وارد نمایید:

آرشیو سالانه
آرشیو سالانه
نظرات خوانندگان
نظرات خوانندگان