Ионы в составе скаффолда способствуют остеогенезу и ангиогенезу при тканевой инженерии кости

Функционирование или выживание тканеинженерных конструкций зависит от адекватной васкуляризации, благодаря которой осуществляется транспорт кислорода и удаление продуктов метаболизма. В этой работе показано, что наличие магния и кремния в трехмерных скаффолдах на основе трикальцийфосфата, полученных методом трехмерной биопечати (3D-биопринтинга), способствует остеогенезу и ангиогенезу in vivo на экспериментальной модели дефекта дистального отдела бедренной кости у крыс.

Тканевая инженерия костей лица с помощью мезенхимальных стволовых клеток жировой ткани

Дефекты лица - сложная хирургическая проблема, для решения которой требуется точной реконструкция внешнего вида и восстановление функции исходной ткани. В настоящее время стандартным является терапия с использованием костной ткани из другой области тела. Это подход имеет значительные ограничения, среди которых болезненность и осложнения, связанные с хирургическим вмешательством. Используя методы тканевой инженерии, авторы этой работы создали трансплантат фрагмента нижней челюсти - одной из костей лица с наиболее сложной геометрией.

Механическая стимуляция регулирует дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток в остеогенном направлении

Механическая стимуляция и деацетилазы гистонов (histone deacetylases, HDACs) играют основную роль в регуляции остеогенной дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток (МСК, более корректное название - мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки), полученных из костного мозга, и в формировании костной ткани. Однако, сегодня мало известно о том, что регулирует экспрессию HDAC и, следовательно, дифференцировку МСК в процессе остеогенеза. В этом исследовании был рассмотрен вопрос, влияет ли механическая нагрузка на экспрессию HDAC напрямую. Также авторы определили роль деацетилаз гистонов в остеогенной дифференцировке мезенхимальных стволовых клеток, вызванной механической нагрузкой, и в образовании кости.

Физические свойства внеклеточного матрикса влияют на поведение мезенхимальных стволовых клеток и эндотелиальных клеток пупочной вены

Биофизические свойства микроокружения, включая эластичность и топографию матрикса, как известно, влияют на поведение клеток, однако специфическая роль каждого фактора остается неясной. В этом исследовании авторы использовали внеклеточный матрикс, полученный при культивировании фибробластой в качестве субстрата для культивирования клеток. Также исследователи физически модифицировали его для того, чтобы изучить влияние изменений его биофизических свойств на поведение человеческих эндотелиальных клеток пупочной вены (human umbilical vein endothelial cells, HUVECs) и человеческих мезенхимальных стволовых клеток (МСК) in vitro.

Тканевая инженерия кости методом 3D-биопринтинга с использованием мезенхимальных стволовых клеток и гидрогеля

Трехмерные гидрогели с четкими контурами, содержащие последовательности биологических молекул, которые участвуют в адгезии клеток, являются многообещающими кандидатами для использования в области тканевой инженерии. Такие гидрогели могут быть использованы для культивирования и дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток (МСК, или мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток), полученных из костного мозга. Биопечать или 3D-биопринтинг (печать объектов с помощью 3D-биопринтера) является эффективным методом, позволяющим приблизиться к созданию искусственной биологической структуры с естественной организацией клеток. В данном исследовании изучался эффект включения коллагена I типа в трехмерный гидрогель на основе полисахаридов, созданный путем 3D-биопринтинга, на изменение клеточной морфологии, на способность к ремоделированию костной ткани и к минерализации.

Влияние разных трехмерных скаффолдов на культивирование мезенхимальных стволовых клеток in vitro

Большое количество исследований продемонстрировало влияние растворимых факторов и свойств материала, применяемого для культивирования in vitro, на способность к дифференцировке мезенхимальных стволовых клеток (МСК, или мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток) при росте этих клеток в виде монослоя. Такое культивирование в двухмерном формате может быть использовано в качестве упрощенной модели для изучения процессов, связанных со старением стволовой клетки и механотрансдукцией в контексте трехмерного окружения. Хорошо известно, что пролиферация клеток, их морфология и межклеточные взаимодействия на ровной поверхности и в 3D-культуре различаются. С точки зрения классического подхода тканевой инженерии, клетки, трехмерный скаффолд и растворимые факторы является ключевыми ингридиентами для создания механически стабильных трехмерных тканевых конструкций. Однако при использовании МСК для тканевой инженерии мало известно о поддержании дифференцировочного потенциала этих клеток в трехмерном скаффолде после удаления растворимых факторов.

Внеклеточный матрикс способствует поддержанию остеогенного фенотипа мезенхимальных стволовых клеток

Прежде чем использовать мезенхимальные стволовые (стромальные) клетки (МСК) для трансплантации с целью восстановления дефектов костной ткани, можно задать им остеобластный фенотип, используя коктейль растворимых добавок. Однако существует мало доказательств того, что дифференцированные МСК напрямую участвуют в формировании кости. Это позволяет предположить, что МСК могут погибнуть или вернуться к фенотипу, который они имели до трансплантации. Внеклеточный мактрикс, секретируемый клетками и подвергнутый децеллюляризации (удалению клеток), является многообещающей платформой, обеспечивающей биоактивность и непосредственный выбор клеткой варианта дальнейшего развития, так как он представляет собой сложную среду, соответствующую физиологической. Таким образом, авторы исследовали способность биомиметического децеллюляризованного внеклеточного матрикса сохранять фенотип клеток, характеризующийся продукцией минеральных веществ, после удаления индуцирующих стимулов.

Мезенхимальные стволовые клетки используют внеклеточный матрикс для преобразования механических сигналов в биохимические

Стволовые клетки способны воспринимать физические свойства окружающей среды и реагировать на них. Однако до сих пор не ясно, как информация об изменениях механических свойств клеточного окружения транслируется в биохимические сигналы.
В данной работе было изучено, каким образом мезенхимальные стволовые клетки (также называемые мезенхимальными стромальными клетками, МСК) используют внеклеточный матрикс в качестве механотрансдуктора, и как происходит регуляция дифференцировки этих клеток в остеогенном направлении.