《CEJ》有效組織修復(fù)、機(jī)械增強(qiáng)和高粘性脫細(xì)胞組織衍生的水凝膠
發(fā)布時(shí)間：2021-06-29 09:45:23 人氣：1389
摘要
來(lái)自脫細(xì)胞組織(DT)的水凝膠在再生醫(yī)學(xué)中顯示出巨大的潛力。然而，由熱誘導(dǎo)交聯(lián)過(guò)程產(chǎn)生的水凝膠通過(guò)DT中膠原纖維的自組裝表現(xiàn)出弱的機(jī)械性能。這限制了其在需要水凝膠結(jié)構(gòu)的強(qiáng)機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)完整性的組織再生中的應(yīng)用。為了克服現(xiàn)有DT衍生水凝膠的上述挑戰(zhàn)，延世大學(xué)Seung-WooCho教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)將兒茶酚部分與DT中的細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合，開(kāi)發(fā)了一種配備氧化交聯(lián)化學(xué)的DT水凝膠。兒茶酚修飾的DT(DT-CA) 在通過(guò)兒茶酚-兒茶酚加合物氧化后立即構(gòu)建水凝膠，與未修飾的DT水凝膠相比，其機(jī)械性能強(qiáng)10倍。
氧化交聯(lián)還增加了DT水凝膠的粘附性和物理完整性，允許在不使用任何支撐材料的情況下成型支架，這是傳統(tǒng)DT水凝膠無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。DT-CA水凝膠證明了人類干細(xì)胞的成骨分化增強(qiáng)，并在臨界尺寸顱骨缺損的小鼠模型中加速了新骨的形成。此外，DT-CA 的貼片類型通過(guò)介導(dǎo)生長(zhǎng)因子的有效局部遞送來(lái)促進(jìn)傷口愈合。類似地，可以引入其他酚類粘合劑部分（鄰苯三酚）來(lái)改善 DT 水凝膠以促進(jìn)傷口再生。總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究的結(jié)果支持機(jī)械增強(qiáng)的粘性 DT 水凝膠在有效組織再生中的適用性。相關(guān)論文以題為Mechanically-reinforced and highly adhesive decellularized tissue-derived hydrogel for efficient tissue repair發(fā)表在《化學(xué)工程期刊》上。
主圖
圖 1. DT-CA 水凝膠的制備和表征。(a) 用于制備 DT-CA 水凝膠的脫細(xì)胞、增溶、兒茶酚結(jié)合和凝膠化過(guò)程的示意圖（下圖）。上圖展示了通過(guò)熱誘導(dǎo)自組裝交聯(lián)的傳統(tǒng) DT 水凝膠。(b) 去細(xì)胞化前后皮膚組織的 Col I（紅色）的大體視圖（小入口圖像）、H&E 染色和免疫熒光染色。使用 DAPI（藍(lán)色）對(duì)細(xì)胞核進(jìn)行復(fù)染。比例尺 = 100 μm。(c) 脫細(xì)胞前后凍干皮膚組織中 DNA 和 GAG 含量的定量。(d) 1H NMR 分析證實(shí)溶解在氧化氘中的 DT-CA 綴合物中的兒茶酚修飾。(e) DT、DT-CA 偶聯(lián)物、DT 水凝膠和 DT-CA 水凝膠的 FT-IR 分析。
圖 2. DT 水凝膠的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能比較。
圖 3. DT-CA 水凝膠的物理完整性和粘附性得到改善。
圖 4. 使用 DT-CA 水凝膠移植 hADSCs 增強(qiáng)成骨分化和新骨形成。
圖 5. DT-CA 水凝膠貼片的制備及其在小鼠全層傷口模型中局部皮膚組織再生的應(yīng)用。
總結(jié)
該團(tuán)隊(duì)提出了一種仿生方法來(lái)克服脫細(xì)胞組織基質(zhì)衍生水凝膠系統(tǒng)的當(dāng)前局限性。DT 水凝膠的機(jī)械和物理化學(xué)性質(zhì)可以通過(guò)調(diào)節(jié)交聯(lián)化學(xué)得到顯著改善，而不會(huì)影響脫細(xì)胞基質(zhì)的固有生化效應(yīng)和生物相容性。由與 DT 骨架亞基綴合的兒茶酚部分介導(dǎo)的氧化交聯(lián)可以誘導(dǎo)快速凝膠化，并賦予所得 DT 水凝膠強(qiáng)大的物理性質(zhì)和顯著的組織粘附性。DT-CA 水凝膠的可靠成形無(wú)需額外的支持材料，可能是指 DT-CA 系統(tǒng)在組織特異性支架和組織模型的簡(jiǎn)易制造和生物打印方面的潛在應(yīng)用。開(kāi)發(fā)的 DT-CA 水凝膠通過(guò)模擬具有增強(qiáng)機(jī)械線索的組織，顯著促進(jìn)了體外和體內(nèi)的干細(xì)胞成骨。此外，貼劑型 DT-CA 的配方進(jìn)一步提高了 DT-CA 水凝膠的機(jī)械性能和可用性，促進(jìn)了有效的藥物輸送和組織再生。機(jī)械增強(qiáng)的粘性 DT 水凝膠也可以通過(guò)結(jié)合 PG 來(lái)實(shí)現(xiàn)，這可以擴(kuò)大 DT 在臨床環(huán)境中的潛在效用。預(yù)計(jì)，用兒茶酚或沒(méi)食子化學(xué)對(duì)脫細(xì)胞技術(shù)進(jìn)行的改進(jìn)將適用于其他類型組織的細(xì)胞治療和組織工程。
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