a) Een schematische illustratie van 3D TGFβ-BMSC-IHI nanoscaffold. b) De schematische illustratie van gelatine-gecoat en TGF-β3-geladen MnO2 NT’s. c) Het FESEM-beeld gaf aan dat de meeste BMSC’s contacten vormen met andere cellen en de 1D-fibrilachtige structuren, die vergelijkbaar waren met de structuren van natuurlijke weefsels. d) Door de oxidatieve micro-omgeving te hermodelleren, de levensvatbaarheid van de cellen te verbeteren en de chondrogenese van getransplanteerde cellen te verbeteren, zou kraakbeenregeneratie eindelijk kunnen worden bereikt. Krediet: Science China Press
Een studie onder leiding van Prof. Qiuyu Zhang (Northwestern Polytechnical University), Prof. Ki-Bum Lee (Rutgers University) en Prof. Liang Kong (School of Stomatology, The Fourth Military Medical University) heeft een injecteerbare hybride anorganische (IHI) vastgesteld. stamcelassemblage met nanoscaffold-sjabloon en toegepast op de regeneratie van kraakbeendefecten van kritische grootte.
Kraakbeenletsels zijn vaak verwoestend en de meeste van hen kunnen niet worden genezen vanwege de intrinsiek lage regeneratiecapaciteit van kraakbeenweefsels. De opkomst van 3D-stamcelcultuursystemen heeft geleid tot doorbraken in ontwikkelingsbiologie, ziektemodellering en regeneratieve geneeskunde. Bijvoorbeeld, stamcellen kunnen, als ze eenmaal met succes zijn getransplanteerd, in eerste instantie trofische factoren afscheiden voor het verminderen van ontstekingen op plaatsen van kraakbeenletsels en vervolgens differentiëren tot kraakbeencellen (bijv. chondrocyten) voor functioneel herstel.
Desalniettemin moeten er nog kritieke barrières worden overwonnen voordat het therapeutisch potentieel van stamceltherapieën kan worden gerealiseerd. De beperkte controle over de chondrogene differentiatie van stamcellen in vivo heeft vaak geresulteerd in gecompromitteerde regeneratieve resultaten. Bovendien ondergaan stamcellen, vanwege de prevalentie van oxidatieve stress en ontsteking in de micro-omgeving van verwondingsplaatsen, vaak apoptose na injectie.
Om deze uitdagingen aan te gaan, demonstreerden de onderzoekers de ontwikkeling van een 3D IHI nanoscaffold-template stamcelassemblagesysteem voor geavanceerde 3D-stamcelcultuur en implantatie. 3D-IHI nanoscaffold assembleert snel stamcellen tot injecteerbare weefselconstructies door middel van op maat gemaakte 3D-cel-cel- en cel-matrix-interacties, levert diep en homogeen chondrogene eiwitten in de geassembleerde 3D-kweeksystemen en induceert controleerbaar chondrogenese door middel van nanotopografische effecten.
Eenmaal in vivo geïmplanteerd in een konijnenkraakbeenletselmodel, moduleert 3D-IHI nanoscaffold effectief de dynamische micro-omgeving na kraakbeenletsel door de integratie van de bovengenoemde regeneratieve signalen, en verwijdert tegelijkertijd reactieve zuurstofsoorten met behulp van een op mangaandioxide gebaseerde samenstelling. Op deze manier wordt zowel op korte als op lange termijn een versneld herstel van kraakbeendefecten met snelle weefselreconstructie en functioneel herstel gerealiseerd. Gezien de uitstekende veelzijdigheid en het therapeutische resultaat van op 3D-IHI nanoscaffold gebaseerde kraakbeenregeneratie, kan het veelbelovende middelen bieden om een verscheidenheid aan weefseltechnologie-toepassingen vooruit te helpen.
Het onderzoek is gepubliceerd in Nationale wetenschappelijke recensie.
-
a) Een schematisch diagram dat de 3D-IHI nanoscaffold laat zien, zou de chondrogene differentiatie van BMSC kunnen verbeteren door een synergie tussen N-cadherine en FAK-gemedieerde routes. b) De sterke interacties tussen MnO2 NT’s en functionele groepen die gewoonlijk in ECM-eiwitten voorkomen, ondersteunden effectief celhechting, zoals aangetoond via SEM-afbeelding. c) Bicinchoninezuur-assay gaf de verbeterde absorptie naar gelatine uit MnO . aan2 nanobuis vergeleken met controlegroepen. d) De MnO2 assemblagemethode op basis van nanobuisjes verbeterde de cel-matrix-interactie aanzienlijk, zoals aangetoond door de omhoog gereguleerde expressiepatronen van het FAK-gen. e) Representatieve immunokleuringsbeelden die de verbeterde chondrogenese van BMSC in de BMSC-IHI nanoscaffold-groep tonen in vergelijking met de controlegroepen. Schaalbalk: 50 m. fh) De expressie van chondrogene genen, waaronder SOX9 (f), Aggrecan (g) en Col-II (h) werden gekarakteriseerd via qRT-PCR-meting. Krediet: Science China Press
-
a) Schematisch diagram dat het chirurgische proces en de tijdlijn van kraakbeenherstel illustreert. De degradatie van MnO2 NT’s en het regeneratieproces kunnen worden gevolgd via MRI. b) Om onze getransplanteerde cellen te identificeren, werden BMSC’s genetisch gelabeld met een groen fluorescerend eiwit (GFP). Schaalbalk: 100 m. c) De dramatisch verminderde rode fluorescerende signalen van de ROS-sonde onthulden dat MnO2 NT’s in de IHI-nanoscaffold kunnen ROS in het defecte gebied effectief wegvangen. Bevorderde celproliferatie werd bevestigd door de hogere expressie van proliferatieve marker Ki67-immunokleuring. Schaalbalk: 50 m. d) De TGFβ-BMSC-IHI nanoscaffold zou na transplantatie een significant hoger aantal cellen kunnen behouden in vergelijking met andere celtransplantatiegroepen door het aantal resterende GFP + -cellen in (c) te kwantificeren. e) Histogram van de fluorescentie-intensiteit van de ROS-sonde toonde de effectieve consumptie van ROS in de MnO2 NT’s die groepen bevatten. f) Kwantificering van Ki67+-cellen in de defecten. De kwantificeringen in (e) en (f) werden gegenereerd op basis van de fluorescentie-intensiteiten in (c). Krediet: Science China Press
-
a) Een schematisch diagram dat het regeneratieproces van kraakbeen op lange termijn (3 maanden) illustreert. b) De in vivo kraakbeenregeneratie werd gekenmerkt door H&E, Safranine O-kleuring, Col-II-immunochemiekleuring, evenals macroscopische beelden. Uitzoomen schaalbalk: 2 mm, inzoomen schaalbalk: 200 m. ch) Kwantificeringen van kraakbeendikte (door H & E-kleuring) (c), cellulaire componenten (door Safranine O-kleuring) (d), ECM-componenten (door Col II-immunokleuring) (e). Resultaten van macroscopische (f) en histologische scores (g) van International Cartilage Repair Society (ICRS) wezen op significant verbeterde defectherstelkwaliteiten in de TGFβ-BMSC-IHI nanoscaffold-groep. De verminderde Osteoartritis Research Society International (OARSI) scores onthulden dat de TGFβ-BMSC-IHI nanoscaffold de verslechtering van artrose (h) zou kunnen voorkomen. Krediet: Science China Press
Shenqiang Wang et al, Injecteerbare hybride anorganische nanoscaffold als sjabloon voor snelle stamcelassemblage voor kraakbeenherstel, Nationale wetenschappelijke recensie (2022). DOI: 10.1093/nsr/nwac037
Geleverd door Science China Press
