Biológiai anyagok biológiai kompatibilitási profilja a csontregenerációs protokollhoz (lefordítva
Összegzés
A nagy csontkárosodás kijavítására tervezett új bioanyagok száma folyamatosan bővül azzal a céllal, hogy javítsák a csontgyógyulást és legyőzzék a csontranszplantációval járó szövődményeket. Itt bemutatunk egy multidiszciplináris stratégiát a csontjavító biomedikumok preklinikai biokompatibilitási vizsgálatához.
Absztrakt
Bevezetés
A csontjavítás egy összetett folyamat, amely hematoma képződéssel, gyulladással, kallusz képződéssel, majd az 1, 2 átalakításával kezdődik. A csontregeneráció lehetősége azonban az 1, 3 csonttörés méretére korlátozódik. Például a trauma, a rák vagy az oszteoporózis okozta nagy csonttörések nem gyógyíthatók meg, és nem unió csonttöréseknek nevezik őket. Ezek a csontelváltozások gyakran kezelést igényelnek az egészséges fiziológiai csontregeneráció és helyreállítás elősegítésére. Jelenleg az autograft és az allogén csontátültetés a 4. választás megközelítése, évente 2,2 millió csontpótló eljárással 5. Noha ezeknek az eljárásoknak a sikere magas, komplikációk lehetnek, például a csont korlátozott hozzáférhetősége, a fertőzés, a donor helyének morbiditása és kilökődése 4. Ezeknek a kihívásoknak a megválaszolásához új alternatívákat keresnek a csontszövet-tervezéshez.
A bioaktív sejtekkel és molekulákkal kombinált természetes vagy szintetikus polimereken, biokerámián vagy fémeken alapuló bioméretek megnövekednek 6. A csontok fiziológiai gyógyulásának és gyógyulásának jelenlegi megértése a biológiai anyagok összefüggésében számos tényezőtől függ, például mechanikai tulajdonságoktól, valamint több helyi és szisztémás tényezőtől, beleértve a keringő sejteket és a törés helyét 7, 8, 9. A csontregenerációhoz használt biomerek célja az osteogenitás és az oszteointegráció elősegítése 10, ideális esetben biokompatibilis és biológiailag lebontható porózus (elősegíti a tápanyagok, az oxigén és a sejtek migrációját). Ezeknek is elég erőseknek kell lenniük ahhoz, hogy támogassák a törés helyét a fájdalom enyhítésére. Ezenkívül gyulladásos tényezőkre van szükség a gyógyulási folyamat megindításához. Ha azonban a biomaterial túlzott gyulladást és allergiás reakciókat vált ki, akkor korlátozhatja vagy gátolhatja a csontok gyógyulását 11, 12. Tehát interdiszciplináris megközelítésre van szükség a csontjavításra szánt biomanyagok értékeléséhez.
Ebben a tanulmányban bemutatjuk a reprezentatív anyagok preklinikai értékelését, 1) Orthovita Vitoss hab, amely egy kereskedelemben kapható rákos csontpótló szubsztituens, amely nano méretű tiszta β-trikalcium-foszfát részecskékből (β-TCP) és trágyium-foszfát részecskékből (β-TCP) álló trikalcium-foszfátból és 1. típusú szarvasmarhafélékből áll ( C) kollagén (β-TCP/C hab) és 2) β-TCP lemezek. Itt szemléltetjük ezen biológiai anyagok biokompatibilitási vizsgálatát primer oszteoblasztok (OB) és oszteoklasztok (OC) vizsgálatokkal, a csontjavítás in vivo modelljével, immunológiai értékeléssel, beleértve az in vitro T-sejtek proliferációját és citokintermelését, valamint in vivo immunogenitást és allergén hatást. korábban 13 .
Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.
Jegyzőkönyv
Az eljárásokat BALB/c egerekkel hajtották végre, követve az osztrák Oktatási, Tudományos és Kutatási Minisztérium laboratóriumi állatok gondozására és felhasználására vonatkozó összes útmutatását, és a minisztérium Etikai Bizottsága jóváhagyta az Osztrák Oktatási, Tudományos és Kutatási Minisztérium.
1. Elsődleges OB egérkultúra
2. OB-OC egerek együtt tenyésztése érett OC-k levezetésére
3. kritikus méretű egér alapértelmezett anyagmodell
4. in vitro immunválaszok
5. nagy áramlású intraperitoneális modell
6. szubkrónikus modell szubkután toxicitás
Előfizetés szükséges. Kérjük, ajánlja a JoVE-t könyvtárosának.
Reprezentatív eredmények
A β-TCP hatékonyságának biomateriális csontjavításhoz történő értékeléséhez in vitro és in vivo szűrési módszereket használtunk. Először az OB válaszokat mértük a β-TCP lemezeken, összehasonlítva az alapvonallal, csak kontrollokat jelent. 2. ábra mutatja az OB életképességét a β-TCP lemezekre adott válaszként a tenyésztés 7. és 14. napján. A tenyészkutak metabolikusan aktív sejtjeiből mért sejtéletképesség megegyezik a műanyag szövettenyésztő táptalajjal rendelkező OB-k, valamint a β-TCP lemezek esetében, jelezve, hogy ez a biomassza nem fokozza vagy elnyomja a proliferációt.
Az OB-k értékelésének folytatásához kvalitatív és kvantitatív megközelítéssel is megmértük az ALP aktivitást a differenciálás markerként. 2. ábra szemlélteti az ALP enzim aktivitását a tenyésztőhelyekben 7 nap tenyésztés után. A csak táptalajjal rendelkező üregekben lévő OB-k bazális ALP aktivitással rendelkeztek, míg az átlagos optimális mineralizáció (MM) esetén az OB-k intenzív ALP festéssel jártak, ami az OB differenciálódásának magas szintjét tükrözi. Ezzel szemben az OB-k differenciált β-TCP lemezekre terítettek, hacsak OB-ket nem inkubáltak MM-ben. Kvantitatív vizsgálatban az ALP-koncentráció 77% -kal volt magasabb az MM-t tartalmazó üregekben, csak a bazális táptalajhoz képest, míg az ALP-koncentráció 40% -kal alacsonyabb volt a β-TCP lemezeken növesztett sejtekben a kontrollokhoz képest. Bár ezek az eredmények azt mutatják, hogy a differenciálódott β-TCP lemezeken növesztett sejtek alacsonyabbak, mint az optimális plasztikai körülmények között MM-vel rendelkező sejtek, kellően megkülönböztethetők a biológiai anyagokon.
Az OB-k másik lényeges jellemzője a mineralizáció kiváltásának képessége, ami a csontgyógyulás elengedhetetlen lépése. 14 nap elteltével festettük az ARS-sel tenyésztett OB sejteket, és megállapítottuk, hogy a mineralizáció magasabb volt az MM kontrolloknál, mint a kizárólag táptalajban és β-TCP lemezeken tenyésztett üregekben tenyésztett OB sejteknél (2. ábra). Amikor megmértük az ARS koncentrációját, azt találtuk, hogy az MM kontrollok 45% -kal magasabbak voltak, mint a β-TCP csoport. Ezek az adatok azt mutatják, hogy az érett MM jelenlétében műanyagon termesztett OB-k jobban differenciálódnak és mineralizálódnak, mint az egyetlen táptalajjal és a β-TCP lemezeken.