Аутологичные стимуляторы регенерации при имплантации аллогенных костнопластических материалов

There are many different surgical techniques for bone reconstruction. However, biological reconstruction methods are being increasingly developed. The main purpose is not only to fill up defects, but to stimulate the processes of reconstruction and regeneration of bone as a complete organ. In this report, we describe the basic principles of orthobiology and the essential orthobiological materials. A clinical case is presented where a combination of allogeneic osteoplastic materials with autologous platelet-rich plasma is used to reconstruct a  cavity defect in the tibia.В настоящее время существует множество разных методов хирургического восстановления костной ткани, но все большее развитие получают способы биологической реконструкции, основной целью которых является не только восполнение дефекта, но стимуляция  процессов регенерации и восстановления кости как органа. В данной публикации авторы описывают базовые принципы ортобиологии и основные ортобиологические материалы. Приведен клинический случай, где применена комбинация аллогенных костнопластических материалов с аутологичной обогащенной тромбоцитами плазмой для реконструкции полостного дефекта большеберцовой кости

Криогенно-структурированный гидрогель на основе желатина как резорбируемая макропористая матрица для биомедицинских технологий

Objective: to investigate the biological properties of a matrix made of cryogenically structured hydrogel in the form of a macroporous gelatin sponge, as well as the possibility of creating cell-engineered constructs (CECs) on its basis. Materials and methods. The main components of the cryogenically structured hydrogel were gelatin (type A) obtained from porcine skin collagen, N-(3-dimethylaminopropyl)-N’-ethylcarbodiimide, (EDC) and urea (all from Sigma-Aldrich, USA). Surface morphology was examined using scanning electron microscopy (SEM). The degree of swelling in water of the samples was determined by gravimetric method. Cytotoxicity was studied on NIH3T3, a fibroblast cell line isolated from a mouse, and on human adipose-derived mesenchymal stem/stromal cells (hAMSCs) using IncuCyte ZOOM (EssenBioscience, USA). The metabolic activity of hAMSCs was assessed using PrestoBlue™ reagents (Invitrogen™, USA). To create CECs, we used hAMSCs, human hepatocellular carcinoma cell line HepG2 or human umbilical vein endothelial cell lines EA.hy926. Albumin content in the culture medium was determined by enzyme immunoassay. Ammonia metabolism rate was assessed after 90 minutes of incubation with 1 mM ammonium chloride (Sigma-Aldrich, USA) diluted in a culture medium on day 15 of the experiment. Results. Obtaining a cryogenically structured hydrogel scaffold in the form of macroporous gelatin sponge included freezing an aqueous solution of a gelatin+urea mixture, removal of polycrystals of frozen solvent by lyophilization, extraction of urea with ethanol and treatment of the cryostructurate with an ethanol solution of EDC. Scanning electron microscopy identified three types of pores on the carrier surface: large (109 ± 17 μm), medium (39 ± 10 μm), and small (16 ± 6 μm). The degree of swelling in water of the matrix samples was 3.8 ± 0.2 g H2O per 1 g of dry polymer. The macroporous gelatin sponge as a part of CEC was found to have the ability to support adhesion and proliferation of hAMSCs, EA.hy926 and HepG2 for 28, 15 and 9 days, respectively. Albumin secretion and ammonia metabolism when HepG2 cells were cultured on the gelatin sponge were detected. Conclusion. The use of a matrix made from macroporous cryogenically structured gelatin-based hydrogel for tissue engineering products is shown to be promising using a cell-engineered liver construct as a case.Цель: исследование биологических свойств матрицы из криогенно-структурированного гидрогеля в форме макропористой желатиновой губки, а также возможности создания на ее основе клеточно-инженерных конструкций. Материалы и методы. Основными компонентами криогенно-структурированного гидрогеля были желатин (тип А), полученный из коллагена свиной кожи, N-(3-диметиламинопропил)-N’-этил-карбодиимид, (ЭДК) и мочевина (все – Sigma-Aldrich, США). Морфологию поверхности исследовали с использованием сканирующей электронной микроскопии. Степень набухания в воде образцов определяли гравиметрическим методом. Цитотоксичность исследовали на фибробластах мыши линии NIH 3T3 и мезенхимальных стромальных клетках жировой ткани человека (МСК ЖТч) с использованием IncuCyte ZOOM (EssenBioscience, США). Метаболическую активность МСК ЖТч оценивали с помощью реагентов PrestoBlue™ (Invitrogen™, США). Для создания клеточно-инженерных конструкций (КИК) использовали МСК ЖТч, клетки гепатоцеллюлярной карциномы HepG2 или эндотелиальные клетки пупочной вены человека линии EA.hy926. Содержание альбумина в культуральной среде определяли методом иммуноферментного анализа. Скорость метаболизма аммиака оценивали после 90 минут инкубации с 1 mM хлоридом аммония (Sigma-Aldrich, США), разведенным в культуральной среде на 15-е сутки эксперимента. Результаты. Получение матрицы из криогенно-структурированного гидрогеля в форме макропористой желатиновой губки включало замораживание водного раствора смеси желатина и мочевины, удаление поликристаллов замерзшего растворителя лиофилизацией, экстракцию мочевины этанолом и обработку криоструктурата этанольным раствором ЭДК. Сканирующая электронная микроскопия позволила выделить три типа пор на поверхности носителя: крупные (109 ± 17 мкм), средние (39 ± 10 мкм) и малые (16 ± 6 мкм). Степень набухания в воде образцов матрицы составила 3,8 ± 0,2 г Н2О на 1 г сухого полимера. Установлена способность макропористой желатиновой губки в составе КИК поддерживать адгезию и пролиферацию МСК ЖТч, эндотелиальных клеток пупочной вены человека линии EA.hy926 и HepG2 в течение 28, 15 и 9 суток соответственно. Доказано наличие секреции альбумина и метаболизма аммиака при культивировании клеток HepG2 на желатиновой губке. Заключение. На примере клеточно-инженерной конструкции печени показана перспективность использования матрицы из макропористого криогенно-структурированного гидрогеля на основе желатина для создания продуктов тканевой инженерии

Влияние трипсина на биохимические и функциональные свойства децеллюляризованного суставного хряща свиньи

Objective: to study the effect of trypsin pretreatment in the porcine articular cartilage decellularization protocol on the ability to restore the biochemical composition and functional properties of the resulting finely dispersed tissue-specific scaffold when co-cultured with human adipose-derived stem cells (hADSCs).Materials and methods. Porcine articular cartilage was micronized to a maximum size of 250 μm. The resulting porcine articular cartilage microparticles (CMps) were treated with trypsin (0.05, 0.25, 0.50%) / EDTA solution at +37 °C for 24 hours. Then, the CMps were successively incubated for 24 hours in three surfactant solutions containing 0.1% sodium dodecyl sulfate and increasing concentration of Triton X-100 (1, 2, 3%) at room temperature and in DNase I solution at +37 °C for 48 hours. The degree of change in the biochemical composition and the ability of decellularized CMps (DCMps) scaffolds within cell-engineered constructs (CECs) to support hADSC adhesion and proliferation, as well as their potential ability to exert a stimulatory regenerative effect, were then assessed. DNA, glycosaminoglycans (GAGs) and collagen content in the DCMps and CECs were examined. The morphology of the samples was examined using histological and immunohistochemistry staining.Results. Histological analysis showed that there were no cells and detritus in the DCMp samples. Pretreatment of CMps samples гыштп a solution with the lowest content of trypsin (0.05%) / EDTA in the samples retained 5.14 ± 0.87 ng/mg DNA in the samples, while GAG content decreased to 5.34 ± 0.9 μg/mg and collagen to 154 ± 34 μg/mg. By day 28 of CEC cultivation, adherent cells had produced their own extracellular matrix (ECM) containing GAGs and collagen. The amount of DNA in it was 6.30 ± 0.11 μg/CEC and that of GAGs was 19.36 ± 0.73 μg/CEC.Conclusion. Pretreatment with trypsin allows achieving uniformly complete decellularized CMps. At the same time, onset of changes in the ECM composition indicates a decrease in the ability of hADSCs to synthesize GAGs and type II collagen during co-culturing with DCMps. The increased proliferative activity of adherent hADSCs, as well as the tissue specificity of the DCMp scaffold will allow further research towards a hydrogel matrix capable of enhancing the specific and stimulating regenerative potential when co-cultured with cells of the same phenotype.Цель работы: исследовать влияние включения в протокол децеллюляризации суставного хряща свиньи стадии предобработки его трипсином на способность к восстановлению биохимического состава и функциональных свойств полученной мелкодисперсной тканеспецифической матрицы при сокультивировании с мезенхимными стромальными клетками жировой ткани человека (МСК ЖТч).Материалы и методы. Суставной хрящ свиньи микронизировали до размеров не более 250 мкм. Полученные микрочастицы суставного хряща свиньи (МХс) обрабатывали раствором трипсина (0,05; 0,25; 0,50%) / ЭДТА при +37 °С в течение 24 часов. Далее МХс последовательно инкубировали в течение 24 часов в трех растворах поверхностно-активных веществ, содержащих 0,1% додецилсульфат натрия и повышающуюся концентрацию Triton Х-100 (1, 2, 3%), при комнатной температуре и в растворе ДНКазы I типа при +37 °C в течение 48 часов. Затем оценивали степень изменения биохимического состава и способность децеллюляризованных МХс (ДМХс) матриц в составе клеточно-инженерных конструкций (КИК) поддерживать адгезию МСК ЖТч, их пролиферацию, а также потенциальную способность оказывать стимулирующее регенерационное воздействие. В ДМХс и КИК исследовали содержание ДНК, гликозаминогликанов (ГАГ) и коллагена. Морфологию образцов исследовали с использованием гистологического и иммуногистохимического окрашивания.Результаты исследования. Гистологический анализ показал отсутствие клеток и детрита в образцах ДМХс. При предварительной обработке МХс раствором с наименьшим содержанием трипсина (0,05%) / ЭДТА в образцах сохранилось 5,14 ± 0,87 нг/мг ДНК, при этом снизилось содержание ГАГ до 5,34 ± 0,9 мкг/мг и коллагена до 154 ± 34 мкг/мг. К 28-м суткам культивирования КИК выявлена наработка адгезированными клетками собственного внеклеточного матрикса (ВКМ), содержащего ГАГ и коллаген. Количество ДНК в нем составляло 6,30 ± 0,11 мкг/КИК, а количество ГАГ 19,36 ± 0,73 мкг/ КИК.Заключение. Предобработка трипсином позволяет достичь равномерной полной децеллюляризации МХс. Вместе с тем наступившие изменения состава ВКМ свидетельствуют о снижении способности МСК ЖТч в процессе сокультивирования с ДМХс синтезировать ГАГ и коллаген II типа. Увеличение пролиферативной активности адгезированных МСК ЖТч, а также тканеспецифичность ДМХс-матрицы позволят продолжить исследования в направлении создания гидрогелевой формы матрикса, способной повысить специфический и стимулирующий регенераторный потенциал в процессе сокультивирования с клетками того же фенотипа