Тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта - Oral mucosa tissue engineering

Тканевая инженерия из слизистая оболочка рта сочетает в себе элементы, материалы и технику для производства трехмерный реконструкция слизистой оболочки рта. Он предназначен для моделирования реальной анатомической структуры и функции слизистой оболочки полости рта. Тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта перспективна для клинического использования, например, для замещения дефектов мягких тканей в полости рта.[1] Эти дефекты можно разделить на две основные категории: десна спады (опускание десен ), которые являются дефектами, связанными с зубами, и дефектами, не связанными с зубами. Дефекты, не связанные с зубами, могут быть результатом травмы, хронический инфекция или дефекты, вызванные резекцией или аблацией опухоли (в случае рак ротовой полости ). Обычными подходами к замене поврежденной слизистой оболочки полости рта являются использование аутологичных прививки и культивированные эпителиальные листы.

Аутологичные трансплантаты

Аутологические трансплантаты используются для переноса ткани с одного участка на другой на одном и том же теле. Использование аутотрансплантатов предотвращает реакции отторжения трансплантации. Трансплантаты, используемые для орального реконструкция предпочтительно взяты из самой ротовой полости (например, десневые и небные трансплантаты). Однако их ограниченная доступность и небольшой размер приводят к использованию трансплантатов кожи или слизистой оболочки кишечника, чтобы закрыть более крупные дефекты.[2]

Помимо нехватки тканей, заболеваемость донорским участком является распространенной проблемой, которая может возникнуть при использовании аутологичных трансплантатов. Когда ткань берется не из полости рта (например, из кишечника или кожи), существует риск того, что трансплантат не сможет потерять свои первоначальные характеристики донорской ткани. Например, кожные трансплантаты часто берут из радиальный предплечье или же боковой плечо при закрытии более обширных дефектов. Положительным моментом использования кожных трансплантатов является большая доступность кожи. Однако кожные трансплантаты отличаются от слизистой оболочки полости рта консистенцией, цветом и характером ороговения. Из пересаженного кожного трансплантата часто продолжают расти волосы в полости рта.

Нормальная слизистая оболочка полости рта

Схематическое изображение слоев нормальной слизистой оболочки полости рта.
1: Базальный слой
2: Шиповидный слой
3: Зернистый слой
4: Роговой слой
Основная статья: слизистая оболочка рта

Чтобы лучше понять проблемы создания полнослойной инженерной слизистой оболочки полости рта, важно сначала понять структуру нормальной слизистой оболочки полости рта. Нормальная слизистая оболочка полости рта состоит из двух слоев, верхний многослойный плоский эпителиальный слой и дно собственная пластинка. Эпителиальный слой состоит из четырех слоев:

В зависимости от области ротовой полости эпителий может быть ороговевшим или некератинизированным. Некератинизированный плоский эпителий покрывает мягкое небо, губы, щеки и дно рта. Кератинизированный плоский эпителий присутствует в десне и твердое небо.[3] Кератинизация - это дифференциация из кератиноциты в зернистом слое в мертвые поверхностные клетки, чтобы сформировать роговой слой. Клетки окончательно дифференцируются при миграции на поверхность (из базального слоя, где клетки-предшественники расположены на мертвой поверхностной поверхности). Собственная пластинка - волокнистая соединительная ткань слой, состоящий из сети тип I и III коллаген и эластин волокна. Основные клетки собственной пластинки - это фибробласты, которые несут ответственность за производство внеклеточный матрикс. В базальная мембрана образует границу между эпителиальным слоем и собственной пластинкой.

Тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта

Инженерная слизистая оболочка полости рта с частичной толщиной

Культура клеток методы позволяют производить эпителиальные листы для замены поврежденной слизистой оболочки полости рта. В тканевой инженерии частичной толщины используется один тип клеточного слоя, это может быть монослои или многослойные. Однослойных эпителиальных листов достаточно для изучения основной биологии слизистой оболочки полости рта, например ее реакции на раздражители, такие как механический стресс, фактор роста дополнение и радиационное повреждение. Однако слизистая оболочка полости рта представляет собой сложную многослойную структуру с разрастающийся и дифференцирующиеся клетки и монослойные эпителиальные листы оказались хрупкими, трудными в обращении и склонными к сокращению без поддерживающего внеклеточного матрикса. Однослойные эпителиальные листы могут быть использованы для производства многослойных культур. Эти многослойные эпителиальные листы демонстрируют признаки дифференциации, такие как образование базальной мембраны и кератинизация.[1] Фибробласты являются наиболее распространенными клетками внеклеточного матрикса и важны для эпителиального морфогенез. Если фибробласты отсутствуют в матриксе, эпителий перестает пролиферировать, но продолжает дифференцироваться. Структуры, полученные путем инженерии полнослойной слизистой оболочки полости рта, составляют основу инженерии полнослойной слизистой оболочки полости рта.

Полнослойная тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта

С развитием тканевой инженерии был разработан альтернативный подход: инженерия слизистой оболочки полости рта на всю толщину. Полнослойная инженерная слизистая оболочка полости рта является лучшим моделированием in vivo ситуация, потому что они учитывают анатомическое строение нативной слизистой оболочки полости рта. При использовании полнослойной инженерной слизистой оболочки полости рта проблем, таких как нехватка тканей и заболеваемость донорским участком, не возникает.

Основная цель создания полнослойной инженерной слизистой оболочки полости рта - сделать ее максимально похожей на нормальную слизистую оболочку полости рта. Это достигается за счет использования комбинации различных типов клеток и строительные леса.

Чтобы получить наилучшие результаты, важно учитывать тип и происхождение фибробластов и кератиноцитов, используемых в тканевой инженерии слизистой оболочки полости рта. Фибробласты обычно берут из дерма кожи или слизистой оболочки полости рта. Кертиноциты можно изолировать из разных областей ротовой полости (например, неба или десен). Важно, чтобы фибробласты и кератиноциты использовались на самой ранней стадии, так как функция этих клеток со временем снижается. Пересаженные кератиноциты и фибробласты должны адаптироваться к новой среде и принять свои функции. Существует риск потери пересаженной ткани, если клетки не адаптируются должным образом. Эта адаптация проходит более плавно, когда клетки донорской ткани напоминают клетки нативной ткани.

Строительные леса

Каркас или матрица служит временной поддерживающей структурой (внеклеточным матриксом), начальной архитектурой, на которой клетки могут трехмерно расти в желаемую ткань. Каркас должен обеспечивать среду, необходимую для роста и дифференциации клеток; он должен обеспечивать прочность, чтобы противостоять механическим воздействиям и направлять их рост. Более того, каркасы должны быть биоразлагаемыми и разлагаться с той же скоростью, что и регенерация ткани, чтобы оптимально замещаться тканью хозяина.[нужна цитата ] Есть множество каркасов на выбор, и при выборе биосовместимости каркасов, пористость и стабильность также должны быть приняты во внимание.[4] Доступные каркасы для тканевой инженерии слизистой оболочки полости рта:

Каркасы природного происхождения

  • Бесклеточная дерма. Бесклеточная дерма создается путем удаления клеток (эпидермиса и дермальных фибробластов) из кожи с разделенной толщиной. У него две стороны: одна сторона имеет базальная пластинка подходит для эпителиальных клеток, а другой подходит для инфильтрации фибробластов, поскольку имеет интактные сосудистые каналы. Он прочен, способен сохранять свою структуру и не вызывает иммунных реакций (неиммуногенный).
  • Амниотическая мембрана. В амниотическая оболочка, внутренняя часть плацента, имеет толстую базальную мембрану из коллагена IV типа и ламинина и бессосудистый соединительная ткань.

Заменители кожи с фибробластами

Заменители кожи, населенные фибробластами, представляют собой каркасы, которые содержат фибробласты, способные пролиферировать и продуцировать внеклеточный матрикс и факторы роста в течение 2–3 недель. Это создает матрицу, подобную матрице дермы. К коммерчески доступным типам относятся, например:

  • Dermagraft ™
  • Аплиграф ™
  • Orcel ™
  • Полиактив ™
  • Гиалограф 3D ™ [1]

Каркасы на основе желатина

Желатин это денатурированный форма коллагена. Желатин обладает рядом преимуществ для применения в тканевой инженерии: он привлекает фибробласты, неиммуногенен, им легко манипулировать, и он ускоряет образование эпителия. Существует три типа каркасов на основе желатина:

  • Декстрановая матрица, окисленная желатином[5]
  • Желатин-хитозан-окисленная декстрановая матрица [4]
  • Желатин-глюкановая матрица
  • Желатин-гиалуронатная матрица
  • Желатин-хитозановая гиалуроновая кислота.

Глюкан это полисахарид с антибактериальный, противовирусное средство и антикоагулянт характеристики. Гиалуроновая кислота добавляется для улучшения биологических и механических свойств матрицы.[1]

Каркасы на основе коллагена

Каркасы из чистого коллагена

Коллаген - это основной компонент внеклеточного матрикса. Коллагеновые каркасы эффективно поддерживают рост фибробластов, что, в свою очередь, позволяет кератиноцитам превращаться в многослойные. Коллаген (в основном коллаген типа I) часто используется в качестве основы, поскольку он биосовместим, неиммуногенен и доступен. Однако коллаген биоразлагается относительно быстро и плохо выдерживает механические нагрузки. Улучшение характеристик может быть достигнуто путем сшивания матриц на основе коллагена: это эффективный метод коррекции нестабильности и механических свойств.[6]

Составные коллагеновые каркасы

Составные каркасы на основе коллагена были разработаны в попытке улучшить функцию этих каркасов для тканевой инженерии. Примером составного коллагенового каркаса является матрица коллаген-хитозан. Хитозан представляет собой полисахарид, который химически похож на целлюлоза. В отличие от коллагена хитозан биоразлагается относительно медленно. Однако хитозан не очень биосовместим с фибробластами. Для повышения стабильности каркасов, содержащих желатин или коллаген, и биосовместимости хитозан производится путем сшивания их; они компенсируют недостатки друг друга.[4][6]

Коллаген-эластиновая мембрана, коллаген-гликозаминогликановая (C-GAG) матрица, поперечно-сшитая коллагеновая матрица Integra ™ и Terudermis® являются другими примерами составных коллагеновых каркасов.[7]

Каркасы на основе фибрина

Каркасы на основе фибрина содержат фибрин, который придает стабильность кератиноцитам. Кроме того, их легко воспроизвести и использовать.[1]

Гибридные леса

Гибридный каркас - это заменитель кожи на основе комбинации синтетических и натуральных материалов. Примерами гибридных каркасов являются HYAFF® и Laserskin®. Было показано, что эти гибридные каркасы обладают хорошей биосовместимостью in vitro и in vivo, и их способность к биологическому разложению является контролируемой.[7]

Синтетические подмости

Использование природных материалов в строительных лесах имеет свои недостатки. Обычно они дорогие, недоступны в больших количествах и связаны с риском передачи болезней. Это привело к разработке синтетических каркасов. При производстве синтетических каркасов существует полный контроль над их свойствами. Например, их можно сделать так, чтобы они обладали хорошими механическими свойствами и подходящей способностью к биологическому разложению. Когда дело доходит до толщины синтетических каркасов, пористость и размер пор являются важными факторами для контроля образования соединительной ткани. Примеры синтетических каркасов:

  • Мембраны из полиэтилентерефталата (ПЭТ-мембраны)
  • Проницаемые мембраны из поликарбоната (мембраны из ПК)
  • Пористая полимолочная гликолевая кислота (PLGA )[нужна цитата ]

Историческое использование электроспиннинга для производства синтетических каркасов восходит к концу 1980-х годов, когда Саймон показал, что технология может быть использована для производства волокнистых каркасов нано- и субмикронного масштаба из полимерных растворов, специально предназначенных для использования в качестве in vitro клеточные и тканевые субстраты. Это раннее использование электроспрядных решеток для культивирования клеток и тканевой инженерии показало, что различные типы клеток будут прилипать к поликарбонатным волокнам и размножаться на них. Было отмечено, что в отличие от уплощенной морфологии, обычно наблюдаемой в 2D-культуре, клетки, выращенные на электропряденых волокнах, демонстрируют более округлую трехмерную морфологию, обычно наблюдаемую у тканей. in vivo.[8]

Клиническое применение: искусственная слизистая оболочка полости рта на всю толщину.

Хотя это еще не было коммерциализировано для клинического использования, были проведены клинические исследования интраорального и экстраорального лечения полнослойной инженерной слизистой оболочки полости рта. челюстно-лицевой реконструктивная хирургия и реконструкция периимплантата пародонта. Хорошие клинические и гистологический результаты были получены. Например, есть сосудистый врастание и пересаженные кератиноциты хорошо интегрируются в нативный эпителий. Полнослойная инженерная слизистая оболочка полости рта также показала хорошие результаты при экстраоральном применении, например уретральный реконструкция, окуляр реконструкция поверхности и веко реконструкция.[1]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм К. Мохарамзаде и др. (2007), Слизистая оболочка полости рта с использованием тканевой инженерии: обзор научной литературы, JDR Journal of Dental Research
  2. ^ Ульрих Мейер и др. (2009), Основы тканевой инженерии и регенеративной медицины, п. 368, г. ISBN  978-3-540-77754-0
  3. ^ Луис Карлос Джункиера и др. (2005), Основы гистологии, п. 282, г. ISBN  0-07-144116-6
  4. ^ а б c Берилло Д. и др. (2012), Окисленный декстран как сшивающий агент для каркасов криогелей хитозана и образование полиэлектролитных комплексов между хитозаном и желатином, Макромолекулярная бионаука 12 (8), С. 1090-1099. Дои:10.1002 / mabi.201200023
  5. ^ Берилло Д., Волкова Н. (2014), Приготовление и физико-химические характеристики криогеля на основе желатина и окисленного декстрана., Journal of Materials Science 49 (14), P. 4855-4868. Дои:10.1007 / s10853-014-8186-3
  6. ^ а б Сунг-Пей Цай и др. (2006), Получение и оценка совместимости клеток хитозан / коллагеновых композитных каркасов с использованием аминокислот в качестве сшивающих мостиков, Журнал прикладной науки о полимерах
  7. ^ а б Элин Дебузере, Тканевая инженерия слизистой оболочки ван де орале, Universiteit Gent
  8. ^ Саймон, Эрик М. (1988). «ИТОГОВЫЙ ОТЧЕТ NIH, ФАЗА I: ВОЛОКОННЫЕ СУБСТРАТЫ ДЛЯ КУЛЬТУРЫ КЛЕТОК (R3RR03544A) (доступна загрузка PDF-файла)». ResearchGate. Получено 2017-05-22.