Речовина Гідрогелі хітозану для регенерації міжхребцевих дисків - Речовина
Зображення заголовка придбано у Istock.com і захищено авторським правом.
Клітинна терапія з використанням клітин, інкапсульованих у ін’єкційні матриці, є перспективною методикою мінімально інвазивного лікування дегенерації міжхребцевих дисків, яка є однією з основних причин болю в спині, що зачіпає 19% населення планети. Однак цей терапевтичний підхід обмежений загалом слабкими механічними властивостями ін’єкційних матриць. Сучасне дослідження демонструє потенціал нових чутливих до нагрівання композицій гідрогелю хітозану з цікавими механічними властивостями для регенерації міжхребцевого диска, особливо його центральної частини, яка називається ядро пульпоз (NP).
Вступ
Дегенерація міжхребцевих дисків (IVD) є однією з основних причин болю в попереку [1], що вражає 19% населення світу [2]. Сучасні методи боротьби з цією дисфункцією не тільки є високоінвазивними, але й неефективними для повного відновлення біомеханічних функцій ІВД. Тому розробка нових малоінвазивних методів, орієнтованих на відновлення або відновлення ІВД, стає актуальною. Однією з перспективних методик цього застосування є клітинна терапія. Ця техніка включає ін’єкційні клітини та окремі молекули, можливо, інкапсульовані у біосумісні матриці, з метою регенерації диска, зокрема його центральної частини: пульпозного ядра (NP). Однак це застосування обмежене загалом дуже слабкими механічними властивостями ін'єкційних матриць, що вивчались до цього часу [3, 4].
Нещодавно наша команда розробила гідрогелі хітозану "Макромолекула, присутня на оболонці ракоподібних і молюсків, а також на деяких грибах" Жіночий журнал. https://sante-medecine.journaldesfemmes.fr/faq/17651-chitosane-chitosan-definition ін’єкційні препарати з кращими механічними властивостями та кращою цитосумісністю Цитосумісність - це здатність матеріалу або середовища терпіти присутність клітин, не впливаючи на їх виживання чи функцію [5]. Ці склади, рідкі при кімнатній температурі, але гелеутворюючі при 37 ° C, можуть бути оптимізовані для регенерації IVD. Офіційна мета цієї роботи - вивчити ці склади та визначити ті, що представляють потенціал для механічної підтримки НП людини, одночасно дозволяючи вижити інкапсульовані клітини НП та синтезувати тканину композиції, подібної до складу Рідної НП.
Матеріал і методи
Гідрогелі отримували змішуванням кислого розчину хітозану та розчинів желюючих речовин Розчин, що використовується для індукування гелеутворення, що складається з гідрокарбонату натрію (SHC), фосфатного буфера (PB) та/або β-гліцерофосфату (BGP). Склад чотирьох випробуваних складів представлений у таблиці 1.
Дошка 1 Склад препаратів гідрогелю хітозану та їх осмоляльність
Реологічні випробування за допомогою ротаційного реометра (Антон Паар) при кімнатній температурі (22 ° C) і при температурі тіла (37 ° C) проводили для того, щоб перевірити відповідно стабільність рецептур при 22 ° C та профіль гелеутворення при 37 ° C. Механічні випробування при необмеженому стисненні на гідрогелях, інкубованих протягом 24 год при 37 ° С, проводились для того, щоб визначити модуль Янга Механічний параметр для характеристики жорсткості матеріалу в кожному зразку. Ці механічні властивості порівнювали із властивостями людського НП при необмеженому стисненні за допомогою додаткового тесту на релаксацію напруги [6].
Осмолярність «Осмотично активна концентрація розчину, виражена в граммолекулах на літр» Ref. Термій. Також було виміряно http://www.btb.termiumplus.gc.ca/tpv2alpha/alpha-eng.html?lang=fra&i=1&srchtxt=OSMOLARITE&index=alt&codom2nd_wet=1#resultrecs цих гідрогелів. Потім клітини бичачих НП інкапсулювали в ці гідрогелі і культивували протягом чотирнадцяти днів при 37 ° С. Тести на життєздатність за допомогою AlamarBlue® та LIVE/DEAD® проводили з метою оцінки метаболічної активності інкапсульованих клітин та швидкості їх життєздатності відповідно. Синтетичну активність цих клітин також оцінювали шляхом вимірювання кількості глікозаміногліканів Гідрофільна макромолекула, відповідальна за високу швидкість гідратації здорового диска, а отже, і за його цікаві властивості при стисненні (GAG), вироблені тестом на 1-диметилметилен (DMMB). Ін'єкційність цих гідрогелів була випробувана на людських дисках з поясненням за допомогою 25 голкових голок.
Рисунок 1 Спосіб приготування гідрогелів.
Результати
Всі препарати гідрогелю, крім класичної композиції (1), мають модуль зберігання G ' “Вимірювання енергії деформації, що зберігається зразком під час процесу зсуву. »Посилання Світ реології. http://www.world-of-rheology.com/fr/glossaire/entries/definition/storage_modulus_g/ слабкий і стабільний при 22 ° C. Цей модуль швидко розвивається при 37 ° C, підтверджуючи термочутливість "У фізиці якість продуктів, властивості яких змінюються залежно від нагрівання" Посилання. Universalis.fr цих матеріалів. Нові композиції гідрогелю виявляють вищі механічні властивості при стисненні, ніж звичайні рецептури (Рисунок 2 A, B, C). Тести на релаксацію стресу показують, що два з цих нових складів (2 і 3) мають механічні властивості, подібні до властивостей NP людини (рис. 2D).
Рисунок 2 Механічні властивості нових композицій гідрогелю (2, 3,4) при необмеженому пресуванні значно вищі, ніж у звичайних рецептур (1). A) Крива напруги-деформації, B) і C) Секунтовий модуль при 15 і 50% D) Механічні властивості гідрогелевих композицій порівняно з формулами людського ядра pulposus при релаксації напруги
Що стосується результатів біосумісності, класичний препарат (la 1) є гіпертонічним з осмоляльністю> 800 мосмоль/кг, тоді як усі інші склади мають значення осмоляльності, близькі до фізіологічних значень внутрішньої частини диска (430 мОсмоль/кг) [7]. Спостерігали рівень життєздатності приблизно 85% інкапсульованих клітин, найвища метаболічна активність була через 14 днів культивування для рецептур 2 та 3 (рис. 3). З іншого боку, саме рецептура 2 має найвищу продукцію глікозаміногліканів (GAG) (Рисунок 4).
Рисунок 3 Нові склади демонструють кращу біосумісність через 14 днів у культурі А) Життєздатність клітин, оцінена методом LIVE/DEAD (червоний = мертві клітини, зелений = жива клітина) B) Метаболічна активність клітин за допомогою AlamarBlue, C) Кількість ДНК, присутньої після 14 днів
Дошка 2 Виробництво ГАГ відповідно до рецептури
Нарешті, тести на ін’єкцію на експлантованих людських дисках демонструють хороше збереження препарату 3. Не тільки початкова в’язкість цього гелю дозволяє вводити через голку невеликого діаметру на додаток до заповнення дефектів, що є в диску, але і досить швидке гелеутворення запобігати витоку за межі місця ін’єкції (рисунок 4).
Малюнок 4 (А) Ін’єкція гідрогелю (забарвленого толуїдиновим синім) у НП людського диска через волокнисту кільцеву голку голкою 25. Зразок витримують при 37 ° С протягом 30 хвилин. (B) 0,5 мл гідрогелю, введеного в диск 1. (C) 0,3 в диск 2
Висновок
Це дослідження робить висновок, що рецептура 2 є перспективною ін’єкційною матрицею для відновлення міжхребцевих дисків, оскільки вона виявляє механічні властивості, подібні до людського НП, і адекватне середовище для виживання клітин, а також синтезу та утримання глікозаміногліканів., Одного з важливих компонентів NP тканини. Решта проекту буде зосереджена на вивченні переваг додавання біоактивної молекули на синтетичну активність клітин і, отже, на регенераційну здатність технології. Зрештою, цей проект дозволить розробити ін’єкційні гідрогелі, що поєднують клітини та біоактивні речовини для регенеративної медицини, зокрема для регенерації міжхребцевих дисків.
Додаткова інформація
Докладніше про це дослідження див. У наступній статті: