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  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

Neste estudo, detalhamos métodos de decelularização, caracterização física, imageamento e implantação in vivo de biomateriais de base vegetal, bem como métodos de semeadura e diferenciação celular nos scaffolds. Os métodos descritos permitem a avaliação de biomateriais de origem vegetal para aplicações em engenharia de tecido ósseo.

Abstract

Biomateriais de celulose derivados de plantas têm sido empregados em diversas aplicações de engenharia de tecidos. Estudos in vivo têm demonstrado a notável biocompatibilidade de arcabouços feitos de celulose derivada de fontes naturais. Além disso, esses arcabouços possuem características estruturais relevantes para múltiplos tecidos e promovem a invasão e proliferação de células de mamíferos. Pesquisas recentes utilizando tecido hipântio de maçã decelularizado demonstraram a semelhança de seu tamanho de poro com o do osso trabecular, bem como sua capacidade de apoiar efetivamente a diferenciação osteogênica. O presente estudo examinou ainda o potencial de scaffolds de celulose derivados de maçã para aplicações em engenharia de tecido ósseo (BTE) e avaliou suas propriedades mecânicas in vitro e in vivo . Pré-osteoblastos MC3T3-E1 foram semeados em scaffolds de celulose derivados de maçã que foram então avaliados quanto ao seu potencial osteogênico e propriedades mecânicas. A coloração de fosfatase alcalina e S vermelho de alizarina confirmou a diferenciação osteogênica em scaffolds cultivados em meio de diferenciação. O exame histológico demonstrou invasão celular generalizada e mineralização através dos scaffolds. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou agregados minerais na superfície dos scaffolds, e a espectroscopia de energia dispersiva (EDS) confirmou a presença de elementos fosfato e cálcio. No entanto, apesar de um aumento significativo no módulo de Young após a diferenciação celular, ele permaneceu menor do que o do tecido ósseo normal. Estudos in vivo mostraram infiltração celular e deposição de matriz extracelular dentro dos arcabouços derivados de maçãs decelularizadas após 8 semanas de implantação na calvária de ratos. Além disso, a força necessária para remover os scaffolds do defeito ósseo foi semelhante à carga de fratura relatada anteriormente do osso nativo da calota. No geral, este estudo confirma que a celulose derivada da maçã é uma candidata promissora para aplicações em BTE. Entretanto, a dissimilaridade entre suas propriedades mecânicas e as do tecido ósseo normal pode restringir sua aplicação a cenários de baixa carga de carga. Reengenharia estrutural adicional e otimização podem ser necessárias para melhorar as propriedades mecânicas de andaimes de celulose derivados de maçã para aplicações de suporte de carga.

Introduction

Grandes defeitos ósseos causados por uma lesão ou doença frequentemente requerem enxertos de biomateriais para regeneração completa1. As técnicas atuais destinadas a melhorar a regeneração do tecido ósseo utilizam regularmente enxertos autólogos, alogênicos, xenogênicos ou sintéticos2. Para o enxerto ósseo autólogo, considerado a prática de enxerto "padrão ouro" para reparar grandes defeitos ósseos, o osso é extraído do paciente. No entanto, esse procedimento de enxertia tem várias desvantagens, incluindo limitações de tamanho e forma, disponibilidade de tecido e morbidade do local de amostragem3.....

Protocol

Os protocolos experimentais foram revisados e aprovados pelo Comitê de Cuidados com Animais da Universidade de Ottawa.

1. Preparação do andaime

  1. Use uma fatia de bandolim para cortar maçãs McIntosh (Canada Fancy) em fatias de 8 mm de espessura. Corte o tecido do hipântio das fatias de maçã em quadrados de 5 mm x 5 mm.
  2. Colocar as amostras quadradas em dodecil sulfato de sódio (SDS) a 0,1% durante 2 dias.
  3. Lavar as amostras decelularizadas co.......

Representative Results

Medida do tamanho dos poros, distribuição celular e mineralização in vitro (Figura 1 e Figura 2)
A remoção completa dos componentes celulares nativos dos scaffolds de tecido macieira foi obtida após o tratamento dos scaffolds com SDS e CaCl2 (Figura 1A). Os scaffolds exibiam uma estrutura altamente porosa, o que foi confirmado por microscopia confocal. A quantificação das imagens demo.......

Discussion

Vários estudos in vitro e in vivo têm demonstrado a biocompatibilidade da celulose vegetal e seu potencial uso na engenharia tecidual 14,15,16,18,19,20, mais especificamente para hospedar a diferenciação osteogênica 20,21. Os objetivos do prese.......

Acknowledgements

O financiamento para este projeto foi fornecido pelo Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá (NSERC) (Discovery Grant) e pela Fundação Li Ka Shing. M.L.L. recebeu apoio do programa Ontario Centers of Excellence TalentEdge, e R.J.H. foi apoiado por uma bolsa de pós-graduação NSERC e uma Ontario Graduate Scholarship (OGS).

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Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
4′,6-diamidino-2-phenylindoleThermoFisherD1306DAPI
5-bromo-4-chloro-3'-indolyphosphate and nitro-blue tetrazoliumSigma-AldrichB5655BCIP/NBT
Alizarin red SSigma-AldrichA5533ARS
Ascorbic acidSigma-AldrichA4403Cell Culture
Calcium ChlorideThermoFisherAA12316CaCl2
Calcofluor WhiteSigma-Aldrich18909
Dental drillSurgical tool
EthanolThermoFisher615095000
Fetal bovine serumHyclone LaboratoriesSH30396FBS
FormalinSigma-AldrichHT50112810% Formalin
Goldner's trichrome stainSigma-Aldrich1.00485GTC
Hematoxylin and eosin stainFisher ScientificNC1470670H&E
High-speed resonant confocal laser scanning microscopeNikonNikon Ti-E A1-R
Hydrochloric acidSigma-Aldrich258148
ImageJ softwareNational Institutes of Health
Irrigation salineBaxterJF71230.9% NaCl
MC3T3-E1 Subclone 4 cellsATCCCRL-2593Pre-osteoblast cells
McIntosh applesCanada Fancy grade
Methyl methacrylateSigma-AldrichM55909Histological embedding
Minimum Essential MediumThermoFisherM0894α-MEM
ParaformaldehydeFisher ScientificO40424%; PFA
Penicillin/StreptomycinHyclone LaboratoriesSV30010Cell Culture
Periodic acidSigma-Aldrich375810
Phosphate buffered salineHyclone Laboratories2810305PBS; without Ca2+ and Mg2+
Propidium iodideInvitrogenp3566
Scanning electron microscopeJEOLJSM-7500F FESEMSEM and EDS
Slide scanner microscopeZeissAXIOVERT 40 CFL
Sodium dodecyl sulfateFisher ScientificBP166SDS
Sodium metabisulphiteSigma-Aldrich31448
Sodium phosphateThermoFisherBP329
Sprague-Dawley ratsCharles-River Laboratories400Male
SuturesEthiconJ494G4-0
TrephineACE Surgical Supply Co583-01825-mm diameter
Triton-X 100ThermoFisher807423
TrypsinHyclone LaboratoriesSH30236.02Cell Culture
TweenFisher ScientificBP337
Universal compression DeviceCellScaleUniVert
Von Kossa stainSigma-Aldrich1.00362Histology

References

  1. Schmitz, J. P., Hollinger, J. O. The critical size defect as an experimental model for craniomandibulofacial nonunions. Clinical Orthopaedics and Related Research. 205, 299-308 (1986).
  2. Yu, X., Tang, X., Gohil, S. V., Laurencin, C. T.

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