НОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК
Микро/нанопаттерны: биоматериалы для прямой
дифференциации стволовых клеток
Уже давно признано влияние особенностей поверхности или топографии на клеточный рост, движение и ориентацию. Базальные мембраны, которая служит как основной субстрат для клеточных структур во всем теле позвоночных, не являются гладкими структурами, а скорее, покрыты бороздами, гребнями, ямками, порами, и фибриллярная сетчатая структура внеклеточного матрикса (ЕСМ), состоящая преимущественно из переплетенных нитей коллагена и эластических волокон диаметром от 10 до 300 нм. Кроме обеспечения прочности на разрыв и механической прочности базальной мембраны, фибриллярная сетчатая структура протеиновых волокон вместе с глюкозаминогликанами также предоставляет привязывание к месту для менее распространенных молекул клеточной адгезии. Ниши естественных стволовых клеток, таких как отсек костного мозга, хорошо снабжаются «поучительными» молекулами для ЕСМ, секретируемые стромальными клетками. ЕСМ, по-видимому, является неполностью аморфным образованием, но обладающим определенной степенью четвертичной организации. Волокна ВКМ выстроены полувыровненной матрицой, в которой происходит взаимодействие клеток. На тканевом уровне упорядоченность топографической организации более очевидна. Например, паралелльно выровненные волокна обнаружены в сухожилиях, связках и мышцах. Концентрические завитки можно наблюдать в кости, и похожие на сеть и ортогональные решетки представлены на коже и роговице глаза соответственно. Отсюда, не является неожиданностью то, что клетки отвечают на топографические сигналы. (Рис. 6.11)
|
|
|
Исследования показали, что не только особенности топографии важны, но также важна их конформация – где располагаются гребни, борозды, ямки, завитки, поры, или сайты, и что интригующе – их симметричность. С приходом микро- нанопроизводительных технологий стало возможным их изготовление обособленно и исследуемых независимо от топографических и биохимических влияний на клеточные микросреды ниши. Используя технологии, заимствованных прямо из индустрии полупроводника и микроэлектроники, была развито множество методов для создания паттернов поверхности, чтобы исследовать клеточное поведение, отличающиеся взаимодействием как клетка – матрикс и клетка- клетка, поляризационную клеточную адгезию, клеточную дифференциацию в ответственности за текстуру поверхности, клеточную миграцию, механотрансдукцию, и клеточную реакцию на подъем эффектов поверхностно-связанных лигандов.
Методы паттернирования, такие как химическое осаждение из газовой фазы (CVD), физическое осаждение из газовой фазы (PVD), электрохимическое осаждение, мягкая литография, фотолитография, электрон-лучевая литография, электроспиннинг, послойное микрожидкостное паттернирование, трех объемное (3D) изображение, ионное фрезерирование и реактивное ионное травление были детально проработаны серией авторов. Эти методы, соединенные с компьютером, помогающим моделировать инструменты и быстрые прототипы технологий, помогают открывать возможности изготовления каркасов тканевой инженерии с точно контролируемыми геометрией, текстурой, пористостью и жесткостью.
|
|
|
Микро- и наношкалы методов паттернирования особенно удобны для зондирования взаимодействующих стволовых клеток с их микросредой, потому что они точно по уровням совмещать с деликатным регулированием контроля судьбы стволовых клеток. Остеобласты оказались удобной моделью для изучения клеточно-топографического взаимодействия, так как они открыто реагируют на канавочной топографии биоматериалов. Остеобласты показывают анизотропное поведение при культивировании на нанопаттернированных канавках, созданных на полистериновой поверхности, используемых в комбинации с литографией Langmuir-Blodgett и наноотпечатыванием, или на микропаттернированных канавках, использующих горячее тиснение отпечатков литографии. Клетки наблюдали для выравнивания, элонгации и миграции, параллельно канавкам. Глубина канавок обнаружена к воздействию выравнивания клеток, с 150 нм канавки вызывается статистически высокий уровень выравнивания по сравнению с 50 нм канавки. Экспрессия остеобластического фенотипа была наиболее видной на петтерн-поверхностях, включающих кальция фосфат, придавая значение синергизму между топографией и химией поверхности. Покрытые фибриногеном микроканавочные поверхности, созданные из биоразложения смеси поли(3-гидроксибутират-3-гидроксивалерат) и поли(L-молочная кислота) – повышенное выравнивание остеобластов вдоль канавок. Микропаттернирование повсеместного RGDS адгезивного пептида, известно как остеобласт-специфический KRSR пептид, производимый упорядоченным множеством агрегированных остеобластов. Полученная чувствительность остеобластов к топографии показала, что успех интеграции эндооссальных имплантатов зависит от их поверхностной топографии.
|
|
|
Паттернирование субстрата держит конкретную полезность в нейрональной инженерии тканей, потому что восстановление неврологических травм часто требует направленного управления в условиях роста нейрона, миграции, проекции аксона или формирование синапса. Взрослые гиппокампальные клетки-предшественники (HPCs), культивировали совместно с астроцитами постнатальной крысы типа-1, и микропаттернировали расширенно вдоль канавок полистеринового субстрата, химически модифицированных с ламинином. Прямо выровненные поли (L-молочной кислоты) (PLLA) нановолоконные каркасы, созданные электроспининнгом индуцировали нервные стволовые клетки (NSCs) к самовыравниванию параллельно волокнам. Изображение микроконтакта нейрон-адгезивных пептидов использующей поли(диметилсилоксан) мягкую литографию представляет собой ценный инструмент для изучения управления аксонами и образованием аксонов в нейробиологии. Тканевая инженерия скелетных мышц могла также получать выгоду от технологий микро- и нанопаттернирования. Скелетная мышца представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из длинных параллельных пучков многоядерных мышечных трубок, которые образуются путем дифференциации и слияния миобластных сателлитных клеток. При нормальных условиях культивирования на обычной тканевой культуре полистерина миобласты растут в монослои с фибробластической морфологией. Однако в присутствии топографических сигналов, таких как выровненные нановолокна или микропаттернированный субстрат, миобласты сливаются в ассамблеи вытянутых мышечных трубок.
|
|
|
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 70; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!