Fibrinové lešení - Fibrin scaffold - Wikipedia

tento článek může být pro většinu čtenářů příliš technická na to, aby je pochopili. Prosím pomozte to vylepšit na aby to bylo srozumitelné pro neodborníky, aniž by byly odstraněny technické podrobnosti. (Červen 2009) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

A fibrinové lešení je síť bílkovin, která drží pohromadě a podporuje různé živé tkáně. Vyrábí se přirozeně tělem po poranění, ale lze jej také zkonstruovat jako náhražku tkáně k urychlení hojení. Lešení se skládá z přirozeně se vyskytujících biomateriály složený ze zesítěného fibrin síť a má široké použití v biomedicínské aplikace.

Fibrin se skládá z krevních bílkovin fibrinogen a trombin které se účastní srážení krve. Fibrinové lepidlo nebo fibrinový tmel se také označuje jako a fibrin lešení na bázi a slouží k ovládání chirurgického krvácení, rychlosti hojení ran, utěsněte duté orgány těla nebo zakryjte otvory vyrobené standardem stehy a zajišťují pomalé uvolňování léků jako antibiotika vystaveným tkáním.^[1][2]

Použití fibrinového lešení je užitečné při opravách poranění močové cesty,^[3] játra^[4] plíce,^[5] slezina,^[6] ledvina,^[7] a srdce.^[8] V biomedicínském výzkumu se fibrinová lešení používala k vyplnění kostních dutin, opravě neuronů, srdečních chlopní,^[9] cévní štěpy^[10] a povrch oka.

Složitost biologických systémů vyžaduje přizpůsobenou péči k zachování jejich funkce. Když již nejsou schopni plnit svůj účel, je interferencí nových buněk a biologických podnětů poskytován materiál lešení. Fibrinové lešení má mnoho aspektů, jako je bytí biokompatibilní, biologicky odbouratelný a snadno zpracovatelné. Dále má autologní přírodou a lze s ní manipulovat v různých velikostech a tvarech. Přirozená role při hojení ran je užitečná při chirurgických aplikacích. Na fibrinové lešení může být navázáno mnoho faktorů a ty mohou být uvolňovány buněčným způsobem. Jeho tuhost lze řídit změnou koncentrace podle potřeb okolních nebo zapouzdřených buněk. Další mechanické vlastnosti lze získat kombinací fibrinu s jinými vhodnými lešeními. Každá biomedicínská aplikace má svůj vlastní charakteristický požadavek pro různé druhy tkání a nedávné studie s fibrinovým lešením slibují rychlejší zotavení, méně komplikací a dlouhodobá řešení.

Výhody fibrinového lešení

Fibrinové lešení je důležitým prvkem tkáňové inženýrství přístupy jako materiál lešení. Je to výhodné oproti syntetické polymery a kolagen gely, když stojí, zánět, imunitní odpověď, toxicita a buněčná adheze jsou znepokojeni.^[11] Když existuje trauma v těle začínají buňky v místě kaskádu srážení krve a fibrin je první lešení vytvořené normálně.^[12] K dosažení klinického použití lešení je nezbytné rychlé a úplné začlenění do hostitelské tkáně.^[13] Regenerace tkáně a degradace lešení by měla být vyvážena z hlediska rychlosti, povrchové plochy a interakce, aby bylo možné dosáhnout ideálního šablonování.^[14] Fibrin splňuje mnoho požadavků na funkce lešení. Biomateriály tvořeny fibrin může připojit mnoho biologických povrchů s vysokou přilnavostí. Své biokompatibilita pochází z toho, že není toxický, alergenní nebo zánětlivé.^[14][15][16] S pomocí fibrinolýza inhibitory^[17] nebo síťovadla s vlákny lze řídit biologický rozklad.^[16][18] Fibrin může být poskytován jedincům, kteří mají být léčeni mnohokrát, takže gely z autologního fibrinu nemají kromě reprodukovatelnosti žádné nežádoucí imunogenní reakce.^[14][19][20] Přirozeně hraje struktura a biochemie fibrinu důležitou roli při hojení ran.^[21] Ačkoli existují omezení způsobená difúzí, výjimečná buněčný růst a lze dosáhnout vývoje tkáně.^[14][22] Podle aplikace lze vlastnosti fibrinového lešení nastavit manipulací s koncentracemi složek. Dlouhotrvající odolný fibrin hydrogely jsou záviděníhodné v mnoha aplikacích.^[21][23][24]

Tvorba a obohacení fibrinového gelu

Polymerizace čas fibrinogen a trombin je ovlivněna primárně koncentrací trombinu a teplotou, zatímco koncentrace fibrinogenu má malý účinek. Charakterizace fibrinového gelu pomocí rastrovací elektronová mikroskopie odhaluje, že silná vlákna tvoří hustou strukturu při nižších koncentracích fibrinogenu (5 mg / ml) a tenčí vlákna a volnější gel lze získat, když se zvyšuje koncentrace fibrinogenu (20 mg / ml), zatímco zvýšení koncentrace trombinu (od 0,5 U / ml do 5 U / ml) nemá takový významný výsledek, i když se vlákna neustále ztenčují.^[25]

Fibrinové gely lze obohatit přidáním dalších extracelulární matrix (ECM) komponenty jako fibronektin, vitronektin, laminin a kolagen. Ty mohou být kovalentně spojeny s fibrinovým skeletem reakcemi katalyzovanými transglutamináza.^[26] Substrát pocházející z lamininu aminokyselina sekvence pro transglutaminázu mohou být IKVAV, YIGSR nebo RNIAEIIKDI. Sekvencí pocházející z kolagenu je DGEA a pocházelo mnoho dalších proteinů ECM RGD sekvenci lze uvést jako další příklady.^[26][27] Heparin vazebné sekvence KβAFAKLAARLYRKA, RβAFARLAARLYRRA, KHKGRDVILKKDVR, YKKIIKKL jsou z antitrombin III, modifikovaný antitrombin III, molekula adheze nervových buněk a faktor trombocytů 4, resp. Růstové faktory vázající se na heparin mohou být připojeny k doménám vázajícím heparin prostřednictvím heparinu. Ve výsledku může být místo pasivní difúze uvolněním uvolněn zásobník růstové faktory v prodlouženém čase.^[28][29] Kyselé a zásadité fibroblastový růstový faktor, neurotrophin 3, transformující růstový faktor beta 1, transformující růstový faktor beta 2, nervový růstový faktor, mozkový neurotrofický faktor lze uvést jako příklady takových růstových faktorů.^{[18][28][29][30][31][32]}

Pro některé tkáně jako chrupavka, vysoce hustá polymerní lešení jako např polyethylenglykol (PEG) jsou nezbytné kvůli mechanické namáhání a toho lze dosáhnout jejich kombinací s přírodními biologicky odbouratelnými buněčně adhezivními lešeními, protože buňky se nemohou připojit k syntetickým polymerům a přijímat správné signály pro normální funkci buněk. V nedávné studii byly studovány různé kombinace lešení s hydrogely na bázi PEG, aby se vyhodnotila chondrogenní reakce na dynamickou stimulaci kmene. KOLÍK-Proteoglykan, PEG-Fibrinogen, PEG-Albumin konjugáty a pouze PEG včetně hydrogely se používají k hodnocení mechanického účinku na hovězí chondrocyty pomocí systému pneumatického reaktoru. Nejvýznamnější zvýšení tuhosti je pozorováno u hydrogelu konjugovaného s PEG-Fibrinogen po 28 dnech mechanické stimulace.^[33]

Použití v tkáňovém inženýrství

Kostní tkáň

v ortopedie jsou žádoucí metody s minimální invazí a hlavním cílem je zdokonalení injekčních systémů. Dutiny kostí mohou být při vstřikování vyplněny polymeračními materiály a lze zajistit přizpůsobení tvaru dutiny. Použitím těchto systémů lze dosáhnout kratší doby chirurgického zákroku, minimálního poškození při zatažení svalů, menší velikosti jizev, menší bolesti po operaci a následně rychlejšího zotavení.^[15] Ve studii, která hodnotila, zda je injekční fibrinové lešení užitečné transplantace z stromální buňka kostní dřeně (BMSC), když centrální nervový systém (CNS) tkáň je poškozena, Yasuda et al. zjistili, že BMSC prodlužuje přežití, migraci a diferenciaci po transplantaci na kortikální lézi u potkanů, i když po čtyřech týdnech dochází k úplné degradaci fibrinové matrice.^[34] Další studie k posouzení, zda fibrinové lepidlo obohacený o destička je lepší než byla provedena pouze tvorba plazmy bohaté na krevní destičky (PRP). Každý v kombinaci s mezenchymálními kmenovými buňkami kostní dřeně a kostní morfogenetický protein 2 (BMP-2) jsou injikovány do podkožního prostoru. Výsledky ukazují, že fibrinové lepidlo obohacené o destičky má lepší osteogenní vlastnosti ve srovnání s PRP.^[35] K zahájení a urychlení opravy a regenerace tkání jsou fibrinové gely bohaté na destičky ideální, protože mají vysokou koncentraci růstových faktorů uvolňujících destičky a bioaktivních proteinů.^[36] Přidání fibrinového lepidla do fosforečnan vápenatý granule má slibné výsledky vedoucí k rychlejší opravě kostí indukcí mineralizace a možných účinků fibrinu na angiogenezi, připojení buněk a proliferaci.^[37]

Srdeční tkáň

Chlopňová srdeční choroba je celosvětově hlavní příčinou úmrtí. Mechanické ventily i pevné biologické xenograft nebo klinicky používané homografty mají mnoho nevýhod.^[38] Jedna studie zaměřená na srdeční chlopně na bázi fibrinu k posouzení struktury a mechanické odolnosti ovcí odhalila slibný potenciál pro náhradu chlopní pocházející od pacienta. Z autologních buněk odvozených z arterií a fibrinového lešení jsou vytvořeny srdeční chlopně tkáňového inženýrství, které jsou poté mechanicky upraveny a transplantovány do plicní kmen stejných zvířat. Předběžný výsledek je potenciálně nadějný autologní výroba srdeční chlopně.^[39]

Cévní štěp

v ateroskleróza, závažné onemocnění v moderní společnosti, koronární krevní cévy se uzavírají. Tato plavidla musí být uvolněna a udržována otevřená, tj. Pomocí stentů. Bohužel po určité době se tato plavidla znovu uzavírají a je nutné je obejít, aby bylo možné udržovat oběh. K tomuto účelu se obvykle používají autologní cévy od pacienta nebo štěpy syntetického polymeru. Obě možnosti mají nevýhody. Nejprve je v lidském těle k dispozici jen několik autologních cév, které by mohly mít nízkou kvalitu, s ohledem na zdravotní stav pacienta. Na druhé straně štěpy na bázi syntetického polymeru často nemají dostatečnou hemokompatibilitu, a tak rychle zakrývají - problém, který je zvláště náchylný u štěpů malého kalibru. V této souvislosti je velmi slibným přístupem k překonání současných problémů tkáňové inženýrství založené na fibrinu na gelu náhrad autologních cév. Buňky a fibrin jsou izolovány nízkoinvazivním postupem od pacienta a tvarovány v jednotlivých formách tak, aby splňovaly požadované rozměry. Dodatečná předkultivace ve specializovaném bioreaktoru^[40] je nevyhnutelné zajistit vhodné vlastnosti štěpu.^[41][42][43]

Oční tkáň

Bulózní keratopatie, která je charakterizována stromálním edémem rohovky souvisejícím se ztrátou buněk a dekompenzací endotelu, jakož i subepiteliální fibrózou a vaskularizací rohovky v dalších případech, vede k problémům se zrakem v důsledku ztráty rohovka průhlednost.^[44] Fibrinové lepidlo se používá jako metoda bez šití na povrchu rohovky k fixaci amniotické membrány, která je konzervovaný. Kompletní reepitelizace na povrchu oka bez příznaků je dosažena za 3 týdny. Výsledky ukazují, že fixace fibrinového lepidla je snadná, spolehlivá a efektivní s povrchem rohovky.^[45]

Nervová tkáň

Protože fibrin plní mechanické aspekty růstu neuronů bez zahájení gliové proliferace, může být potenciálně použit při hojení neuronálních ran, i když nepotřebujete růstové faktory nebo takové složky.^[12] Neurony a astrocyty, dva hlavní typy buněk centrální nervový systém, může ukázat různé reakce na rozdíly v tuhosti matice.^[46] Neuronální vývoj prekurzorových buněk je udržován pomocí gelů s nízkým obsahem modul pružnosti.^[47] Když je tuhost matice větší než tuhost normálního mozku, prodloužení mícha a kortikální mozkové neurony jsou inhibovány, protože prodlužování neuritů a tvorba větví probíhají na měkkých materiálech (<1000 Pa). Ve studii se používají fibriny různých druhů k porovnání účinků neuronů myší míchy na růst neuritů. Mezi lososem, hovězím a lidským fibrinem kromě Matrigel^(R), lososový fibrin podporuje neurit nejlepší růst a to je více proteolýza rezistentní než savčí fibriny. Protože do 0 ° C, losos fibrinogen se může srážet, zatímco k polymeraci lidského fibrinogenu dochází pomalu pod 37 ° C, což lze považovat za výhodu v chirurgických podmínkách, které jsou chladnější. Proto může být pro léčbu poškození centrálního nervového systému lososový fibrin užitečným biomateriálem.^[12][48]

Pro sedacího nervu regenerace se fibrinové lešení v nedávné studii používá s gliálním derivátem neurotrofního faktoru (GDNF). Přežití jak senzorických, tak motorických neuronů podporuje neurotrofický faktor odvozený od glií a jeho dodávání do periferního nervového systému zlepšuje regeneraci po poranění. GDNF a nervový růstový faktor (NGF) je v gelu izolován prostřednictvím bi-doménového peptidu. Tento peptid se skládá z vazebné domény heparinu a transglutaminázové substrátové domény, které mohou být zesítěny do fibrinové matrice polymerací prostřednictvím transglutaminázové aktivity faktor XIIIa. Mnoho neurotrofních faktorů se může vázat na heparin prostřednictvím jeho sulfatovaných domén. Toto je afinitní dodávací systém, ve kterém jsou růstové faktory uvolňovány kontrolou buněčné degradace. Po vytvoření defektu ischiatického nervu 13 mm potkana se na mezeru aplikuje systém pro dodávání fibrinové matrice jako kanál pro vedení nervu. Výsledky ukazují, že takový doručovací systém je účinný pro zvýšení zralosti a podporu organizované architektury regenerace nervů v přítomnosti GDNF, kromě vyjádření slibných variací léčby poranění periferních nervů.^[49]

Použití při dodávání genů

Použití fibrinového hydrogelu v dodání genu (transfekce ) se věnuje zásadním faktorům ovlivňujícím proces dodávání, jako je fibrinogen a pDNA koncentrace kromě významnosti buněčně zprostředkované degradace fibrinu pro sledování potenciálu buněčné transfekce microarray inženýrský nebo in vivo genový přenos. Přenos genů je v gelu úspěšnější než v gelu pravděpodobně kvůli blízkosti lipoplexů a cílových buněk. Je pozorována menší cytotoxicita v důsledku menšího použití podobných transfekčních látek lipofektamin a stálá degradace fibrinu. V důsledku toho každý typ buňky vyžaduje optimalizaci koncentrací fibrinogenu a pDNA pro vyšší výtěžky transfekce a studie směrem k vysoce výkonným transfekčním mikroarray experimentům jsou slibné.^[50]

Reference