De complexe architectuur van bot is een uitdaging om te recreëren in het laboratorium. Daarom, vooruitgang in botweefselengineering (BTE) is gericht op het bouwen van patiëntspecifieke transplantaten die botherstel ondersteunen en specifieke celsignaleringsroutes activeren. Materiaalwetenschappers in regeneratieve geneeskunde en AHO ontwikkelen geleidelijk nieuwe materialen voor actief biologisch herstel op een plaats van defect na implantatie om genezing te versnellen door middel van botbiomimicry.

Een snelle start van de vorming van nieuw bot op de plaats van implantatie is een zeer wenselijke eigenschap bij AHO, en wetenschappers zijn gefocust op het vervaardigen van transplantaten die de materiaal-botinterface na implantatie versterken. Bioactief glas kan minuten na transplantatie met bot hechten, en zijde fibroïne, een natuurlijk vezelig eiwit heeft de potentie om botregeneratie te induceren. Hybride materialen die deze eigenschappen benutten, kunnen het osteogene potentieel en het draagvermogen combineren voor mogelijke toepassingen in modellen voor botdefecten met grote belasting.

In een recente studie, Swati Midha en collega's ontwikkelden een nieuw 3D-hybride construct met behulp van op zijde gebaseerde inkten met verschillende bioactieve glassamenstellingen geïntegreerd om een ​​bot-mimetische micro-omgeving te creëren die osteogene differentiatie van beenmerg mesenchymale stamcel (BMSC) lijnen in het laboratorium ondersteunt. Nu gepubliceerd in Biomedische materialen , IOP Wetenschap, de wetenschappers gebruikten directe schrijfinstrumenten om de zijde-fibroïne-gelatine-bioactieve glazen steigers (SF-G-BG) te produceren. De resultaten leverden passende aanwijzingen op om de ontwikkeling van op maat gemaakte 3D menselijke botconstructies in vitro te reguleren.

De auteurs onderzochten twee bioactieve glassamenstellingen (met en zonder strontium) ingebakken in op zijde gebaseerde matrices. Het werk onderzocht (1) de mechanische eigenschappen van hybride composieten voor hun potentieel als inkt voor 3D-printsteigers, gevolgd door (2) het osteogene potentieel van dergelijke op SF-G-BG-inkt gebaseerde 3D-geprinte matrices, en (3) de onderliggende signaleringsmechanismen die verantwoordelijk zijn voor botdifferentiatie op 3D-geprinte constructies.

De inkt is gemaakt met gesmolten glas, en na een reeks optimalisaties met verschillende concentraties, SF-G-BG-composieten die zijn geoptimaliseerd voor bedrukbaarheid en cytocompatibiliteit werden mogelijk gemaakt. Na het afdrukken, de 3-D SF-G-BG-steigers werden geïncubeerd in 80 procent ethanol om conformationele veranderingen in het vormende zijde-eiwit te induceren.

Fysisch-chemische eigenschappen van de materialen werden getest met FTIR en inductieve gekoppelde plasma-massaspectrometrie die werd gebruikt om het ionenafgifteprofiel van bioactieve glazen in zijdefibroïne te volgen. Mesenchymale stamcellen werden op de materialen gekweekt om de mechanismen van celdifferentiatie te begrijpen.

Typisch, osteogene differentiatie op op zijde gebaseerde matrices is geassocieerd met activering van de Wnt / β-signaleringsroute, terwijl bioactief glas een andere reeks osteogene signaalroutes activeert. Daarom, de auteurs onderzochten of deze mechanismen van cellulaire differentiatie onafhankelijk van elkaar waren of dat overspraak tussen hen leidde tot de inductie van een nieuwe reeks genen om botvorming op de hybride constructies te reguleren.

Diepgaande moleculaire studies toonden aan dat SF-G-BG-constructen die strontium (Sr) bevatten superieure osteogene differentiatie hadden door mesenchymale stamcellen binnen 21 dagen na celkweek naar osteoblastische en osteocytische fenotypes te sturen. Daarna, de auteurs testten op de opregulatie van zes interessante genen om osteoblastische differentiatie te onderzoeken, inclusief de expressie van Runt-gerelateerde transcriptiefactor (Runx2), een hoofdgen dat vroeg in de celdifferentiatiecyclus het begin van osteogene expressie veroorzaakt, geleidelijk afnemen op dag 7, zoals waargenomen in het onderzoek.

evenzo, de auteurs testten op de opregulatie van drie specifieke genen die tot expressie werden gebracht tijdens osteocytische differentiatie. Gevolgd door studies om ionische afgifte van bioactief glas in zijde-gelatine-inktconstructies te detecteren die botmorfogenetisch eiwit 2 BMP-2 triggeren, botmorfogenetisch eiwit 4 BMP-4 en Indiase hedgehog IHH-celsignaleringsroutes die cruciaal zijn om botvorming in vivo te reguleren. Genontologietests bepaalden ook het netwerk van geassocieerde genen tijdens osteogene differentiatie van BMSC's in 3D-geprinte SF-G-BG-constructen.

De meeste cellen bleken te overleven op de composietmaterialen, wat bevestigt dat de samenstelling van SF-G-BG de levensvatbaarheid van stamcellen ondersteunde. De celmateriaaloppervlakken werden waargenomen met scanning-elektronenmicroscopie (SEM) om celmorfologie en immunohistochemische kleuring te visualiseren om osteogenese met specifieke antilichamen te visualiseren. Genetische studies gaven aan dat bioactief glas met Sr-ingebakken zijdefibroïne-steigers synergetisch de BMSC-signaleringsroutes opreguleerde voor verbeterde differentiatie en rijping, specifiek activeren van de belangrijkste signaalroutes (BMP-2, BMP-4 en IHH) van cruciaal belang om botvorming in vivo te reguleren. De resultaten ondersteunen verder onderzoek in een preklinisch diermodel voorafgaand aan de engineering van patiëntspecifieke 3D SF-G-BG-bottransplantaten in het laboratorium.

© 2018 Fys.org