بررسی زنده‌مانی و تکثیر سلول‌های بنیادی مزانشیمی انسانی در میکروژل های تک‌سلولی آلژینات و آلژینات-پلی ال لیزین تولید شده به روش میکروفلوئیدیک

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

ایران، تهران، دانشگاه تربیت‌مدرس، دانشکده علوم زیستی

چکیده
سلول‌های بنیادی از طریق قابلیت خودترمیمی و توانایی آن‌ها در تمایز به سلول‌های خاص شناخته می‌شوند که تحت تأثیر محیط آن‌ها اتفاق می‌افتد. اهمیت شیمی ماتریکس اطراف سلولی در کنترل سرنوشت سلول‌های بنیادی شناخته شده است. کپسوله کردن تک‌سلولی سلول‌های بنیادی مزانشیمی در داخل میکروژل های نیمه‌تراوا امکان کنترل هرچه بیشتر سرنوشت سلول‌های بنیادی را فراهم می‌نماید. در این مطالعه با استفاده از فناوری میکروفلوئیدیک تراشه‌ای برای کپسوله کردن تک‌سلولی طراحی و ساخته شد. با استفاده از تراشه میکروفلوئیدیک سلول‌های بنیادی مزانشیمی انسانی با منشأ مغز استخوان در داخل میکروژل های آلژینات و آلژینات-پلی ال لیزین کپسوله شد. نتایج بررسی‌های طولانی‌مدت نشان می‌دهند که زنده‌مانی سلول‌های بنیادی مزانشیمی در داخل میکروژل های آلژینات-پلی ال لیزین نسبت به میکروژل های آلژینات افزایش معنی‌داری نشان می‌دهد. همچنین تکثیر سلول‌های بنیادی مزانشیمی در میکروژل های آلژینات-پلی ال لیزین افزایش معنی‌داری در روزهای 14 و 21 دارند. به نظر می‌رسد پلی ال لیزین با ایجاد بستری با بار مثبت امکان اتصال و فعالیت سلول‌ها را بهبود می‌بخشد. مطالعات میکروسکوپی بیانگر این نکته‌اند که مورفولوژی سلول‌ها در داخل میکروژل ها به‌صورت کروی است. بااین‌حال قطر و حجم میانگین سلول‌ها در میکروژل های حاوی پلی ال لیزین نسبت به میکروژل های فاقد آن کمتر است که نشان از تکثیر بیشتر و محدودیت فضایی در داخل میکروژل ها است. بنابراین میکروژل های تک‌سلولی آلژینات-پلی ال لیزین به‌عنوان بستری مناسب برای مطالعات بالینی جهت مهندسی بافت، پیوند عضو و سلول درمانی را فراهم می‌کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1. Zhang, L. and T.J. Webster, Nanotechnology and nanomaterials: promises for improved tissue regeneration. Nano today, 2009. 4(1): p. 66-80.
2. Bokhari, M.A., et al., The enhancement of osteoblast growth and differentiation in vitro on a peptide hydrogel—polyHIPE polymer hybrid material. Biomaterials, 2005. 26(25): p. 5198-5208.
3. Ermis, M., E. Antmen, and V. Hasirci, Micro and Nanofabrication methods to control cell-substrate interactions and cell behavior: A review from the tissue engineering perspective. Bioactive materials, 2018. 3(3): p. 355-369.
4. Habanjar, O., et al., 3D Cell Culture Systems: Tumor Application, Advantages, and Disadvantages. International Journal of Molecular Sciences, 2021. 22(22): p. 12200.
5. Gasperini, L., J.F. Mano, and R.L. Reis, Natural polymers for the microencapsulation of cells. Journal of the royal society Interface, 2014. 11(100): p. 20140817.
6. Park, H., et al., Effect of swelling ratio of injectable hydrogel composites on chondrogenic differentiation of encapsulated rabbit marrow mesenchymal stem cells in vitro. Biomacromolecules, 2009. 10(3): p. 541-546.
7. Temenoff, J.S., et al., In vitro osteogenic differentiation of marrow stromal cells encapsulated in biodegradable hydrogels. Journal of Biomedical Materials Research Part A: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and The Australian Society for Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials, 2004. 70(2): p. 235-244.
8. Zhang, M.W., et al., Adapting biodegradable oligo (poly (ethylene glycol) fumarate) hydrogels for pigment epithelial cell encapsulation and lens regeneration. Tissue Engineering Part C: Methods, 2010. 16(2): p. 261-267.
9. Tendulkar, S., et al., A three-dimensional microfluidic approach to scaling up microencapsulation of cells. Biomedical microdevices, 2012. 14(3): p. 461-469.
10. Aguilar, L.M.C., et al., Formation of alginate microspheres prepared by optimized microfluidics parameters for high encapsulation of bioactive molecules. Journal of Colloid and Interface Science, 2021. 587: p. 240-251.
11. Rogan, H., F. Ilagan, and F. Yang, Comparing single cell versus pellet encapsulation of mesenchymal stem cells in three-dimensional hydrogels for cartilage regeneration. Tissue Engineering Part A, 2019. 25(19-20): p. 1404-1412.
12. An, C., et al., Continuous microfluidic encapsulation of single mesenchymal stem cells using alginate microgels as injectable fillers for bone regeneration. Acta Biomaterialia, 2020. 111: p. 181-196.
13. Utech, S., et al., Microfluidic generation of monodisperse, structurally homogeneous alginate microgels for cell encapsulation and 3D cell culture. Advanced healthcare materials, 2015. 4(11): p. 1628-1633.
14. Mohajeri, M., et al., Cell encapsulation in alginate-based microgels using droplet microfluidics; a review on gelation methods and applications. Biomedical Physics & Engineering Express, 2022. 8(2): p. 022001.
15. Huebsch, N., et al., Harnessing traction-mediated manipulation of the cell/matrix interface to control stem-cell fate. Nature materials, 2010. 9(6): p. 518-526.
16. Li, F., et al., Microfluidic encapsulation of human mesenchymal stem cells for articular cartilage tissue regeneration. ACS applied materials & interfaces, 2017. 9(10): p. 8589-8601.
17. Sarker, B., et al., Evaluation of fibroblasts adhesion and proliferation on alginate-gelatin crosslinked hydrogel. PloS one, 2014. 9(9): p. e107952.
18. Sarker, B., et al., Alginate-based hydrogels with improved adhesive properties for cell encapsulation. International journal of biological macromolecules, 2015. 78: p. 72-78.
19. De Pascalis, C. and S. Etienne-Manneville, Single and collective cell migration: the mechanics of adhesions. Molecular biology of the cell, 2017. 28(14): p. 1833-1846.
20. Wang, Y., Programmable hydrogels. Biomaterials, 2018. 178: p. 663-680.