Os andaimes fornecem às células semente um lugar para o crescimento, reprodução, metabolismo e troca de material, e podem controlar eficazmente a posição de crescimento das células transplantadas: os andaimes podem orientar a regeneração dos tecidos, e o seu tamanho e forma têm um impacto importante na estrutura e função dos tecidos; os andaimes podem fornecer apoio mecânico aos tecidos recém-nascidos, resistir à pressão externa e manter a forma original e a integridade dos tecidos; além disso, os andaimes também podem servir como activos Além disso, os andaimes também podem actuar como portadores de factores activos, retardando a libertação de algumas substâncias bioactivas, tais como factores de crescimento, ao mesmo tempo que promovem o crescimento, a proliferação e a diferenciação celular.
A investigação e desenvolvimento de materiais de andaimes é a chave para a engenharia de tecidos. Este artigo revê os resultados da investigação actual sobre os andaimes de engenharia de tecidos, concentrando-se nos andaimes celulares, introduzindo as características dos andaimes ideais, o desenvolvimento de materiais de andaimes e o desenvolvimento de processos de fabrico de andaimes, e proporcionando o ambiente de vida mais adequado para as células do tendão através da consideração abrangente de andaimes, células de sementes e factores de crescimento, de modo a que os andaimes de engenharia de tecidos se tornem um método ideal e fiável para a reparação de defeitos nos tendões.
Os defeitos dos tendões são uma das condições clínicas mais comuns. Lesões tendinosas que não são reparadas atempadamente levam frequentemente a disfunções dos membros e, em casos graves, até mesmo a incapacidades. A reparação cirúrgica e a reconstrução funcional de lesões ou defeitos tendinosos é, portanto, um dos mais importantes tópicos de investigação em cirurgia cirúrgica.
As lesões dos tendões podem ser divididas em duas categorias: lesões não afectivas e lesões defeituosas:
1) Enxerto autólogo de tendões para reparação de defeitos tendinosos;
2) enxerto alogénico do tendão;
3) enxertos alogénicos de tendões; 4) substitutos artificiais de tendões. Com o desenvolvimento da tecnologia de cultura celular e da tecnologia de transplante, bem como da ciência dos biomateriais, um novo substituto ideal do tendão, o tendão artificial com engenharia de tecidos, irá finalmente resolver o problema da reparação de tendões defeituosos.
1. características dos andaimes de células tendinosas com engenharia de tecidos
Um enxerto in vivo ideal deve satisfazer os seguintes pontos.
(1) O material do andaime celular deve ser não tóxico e ter uma boa biocompatibilidade;
(2) O material deve ser biodegradável, capaz de ser gradualmente degradado e metabolizado in vivo à medida que as células proliferam, e depois absorvido;
(3) Os produtos de degradação do material devem ser não tóxicos e ter uma boa biocompatibilidade e não terão efeitos adversos sobre os tecidos e o organismo;
(4) O material deve ter boas propriedades de processamento e ser capaz de ser processado na forma e estrutura desejadas;
(5) O andaime deve ter uma estrutura de poros abertos e a sua dimensão de poros deve satisfazer certos requisitos;
(6) O andaime deve ter a mesma forma e tamanho que o tecido ou órgão a ser regenerado ou reparado;
(7) O andaime deve ter boa afinidade celular, adequado para a adesão celular, proliferação e secreção matricial;
(8) O andaime deve ter certas propriedades mecânicas, incluindo resistência, flexibilidade, etc..;
(9) O andaime deve ser capaz de resistir à esterilização sem alterações físicas, químicas ou biológicas em vigor sob condições de esterilização convencionais;
(10) O andaime deve não só manter a sua forma durante as operações de cultura celular, mas também suportar operações cirúrgicas no corpo implantado para garantir que não se parta durante a operação, se ajuste ao corpo e não forme danos mecânicos no tecido do corpo.
2. materiais do andaime
2.1 Colagénio
O colagénio é o principal componente da matriz extracelular (ECM); pode ser extraído de ossos de animais e fáscias através de vários processos como a ebulição e a hidrólise. Durante a sua evolução, o colagénio manteve a sua sequência original de aminoácidos, tornando-o um material de andaime não antigénico, biocompatível in vivo e permeável; e como o tecido dos tendões consiste principalmente em feixes espessos de fibras de colagénio dispostos em paralelo, a sua orientação corresponde à força de tracção a que são submetidos.
As fibras de colagénio são resistentes e resistentes à tracção; além disso, contêm as suas próprias sequências de sinais de adesão celular que guiam as células para o reconhecimento específico do material do andaime; as fibras de colagénio são resistentes e resistentes à tracção; o método de preparação foi desenvolvido ao longo dos anos e está bem estabelecido e disponível comercialmente, tendo sido aprovado pela FDA para utilização bem sucedida como um andaime de matriz extracelular para tendões de engenharia de tecidos. Bellincampi et al. utilizaram células tendinosas autólogas inoculadas com andaime de colagénio e implantadas na articulação do joelho e subcutaneamente em coelhos, e o complexo ainda era visível após 8 semanas. Verificaram que os tendões tratados com MSC eram mais espessos e tinham melhor montagem de fibras de colagénio, características das articulações e propriedades de carga do que o grupo de controlo.
Prémio utilizado colagénio tipo I como andaime e implantado de volta no defeito do tendão autólogo, enquanto o grupo de controlo foi implantado de volta apenas com colagénio tipo I. Após 4 semanas, verificou-se que o efeito biomecânico do grupo experimental era significativamente melhor do que o do grupo de controlo, mas não houve diferença significativa entre o exame histológico e o grupo de controlo.
2.2 Fibronectina (FN)
Encontra-se principalmente na matriz extracelular (isto é, tipo celular), mas também no sangue (chamado tipo plasma) e pertence ao grupo das glicoproteínas. Como componente principal da matriz extracelular, o FN desempenha um papel importante em muitos processos biológicos, tais como a adesão, proliferação e diferenciação celular, formação de citoesqueleto e apoptose, e está também envolvido em numerosos processos patológicos no corpo, incluindo a cicatrização e inflamação de feridas.
Os géis de fibrina são géis reticulados tridimensionais com plasticidade, aderência, degradabilidade e biocompatibilidade, formados pela polimerização de monómeros de fibrina sob a acção da trombina, que retarda a agregação da trombina e, por conseguinte, a sua transformação de líquido em gel, proporcionando tempo suficiente para a moldagem do gel. O gel de fibrina liberta factor de crescimento derivado de plaquetas (PDG F) e factor de crescimento transformador β (TG F-β) durante a polimerização, que tem efeitos quimiotácticos e mitogénicos e promove ainda mais a proliferação celular, a adesão e a secreção matricial. No entanto, não fornece resistência mecânica suficiente, o que constitui uma desvantagem comum dos biomateriais naturais, e a sua utilização é limitada pelo facto de provir do sangue, o que é difícil de obter.
2.3 Fibra de polifosfato de cálcio (CPFF)
CPFF é feito de dihidrogenofosfato de cálcio ou metafosfato de cálcio como a principal matéria-prima. É feito por desenho de alta resolução num material inorgânico fibroso. Tem um aspecto fibroso e propriedades mecânicas semelhantes às das fibras de carbono, mas a sua histocompatibilidade e degradabilidade são significativamente melhores do que as das fibras de carbono, e pode tornar-se um novo material ideal para a construção de andaimes compostos para a engenharia de tecidos tendinosos no futuro. Changqing et al [5] demonstraram experimentalmente que. É degradável em solução aquosa in vitro. O processo de degradação é a hidrólise. em vez de degradação enzimática. Os resultados experimentais mostraram que a CPPF foi completamente degradada in vivo em cerca de 16-20 semanas. As fibras também podem ser degradadas de uma forma controlada, ajustando a proporção dos componentes de matéria-prima sintética.
2.4 Ácidos poli-alfa-hidroxi
Os ácidos polialfa hidróxi incluem o ácido poliláctico (PLA), o ácido poli-hidroxiacético (PGA) e os seus copolímeros PLGA, PDLA, PLLA, PDLLA, que têm três formas estruturais principais (andaimes fibrosos, espumas porosas, estruturas tubulares); os produtos de degradação do PLA e do PGA são ácido láctico e ácido hidroxiacético respectivamente, que são metabolitos intermediários do ciclo do ácido triplo do vaivém. Com uma boa biodegradabilidade e compatibilidade, não causam reacções inflamatórias, imunitárias ou citotóxicas, e são de longe os biomateriais biodegradáveis mais amplamente utilizados, que têm sido amplamente utilizados na engenharia de tecidos de ossos, cartilagens, vasos sanguíneos, nervos e pele.
Cao et al [7] inocularam células tendinosas obtidas a partir de tecidos tendinosos do ombro e joelho de bezerros num andaime de malha tipo PGA e implantaram-no sob a pele de ratos nus após uma semana de cultura in vitro e descobriram que às 12 semanas, tecidos tendinosos semelhantes à estrutura tendinosa normal poderiam ser formados com um certo grau de propriedades biomecânicas. Mais tarde, C ao et al [7] utilizaram células autólogas do tendão + PGA + invólucro do biofilme para reparar um defeito do tendão de 4 cm dentro do músculo Leghorn e descobriram que o tendão implantado era semelhante ao tendão normal apenas em morfologia bruta e histologia, e que as suas propriedades biomecânicas eram 83% das do tendão normal.
PLGA, um copolímero de PLA e PGA, não só tem uma boa biocompatibilidade e induz a transcrição up-regulated de certos genes, a sua taxa de degradação também pode ser controlada alterando a proporção de PLA para PGA, e combina a alta taxa de degradação de PGA com a alta resistência de PLA, pelo que a PLGA também pode ser utilizada como um andaime celular para tendões artificiais.
Ouyang e Goh et al. também utilizaram o complexo poli(ácido láctico-co-glicólico) e poli(ácido hidroxiacético) [PLGA] como um andaime e implantaram-no de volta num defeito de 10 mm de tamanho no tendão autólogo, enquanto o grupo de controlo foi implantado apenas com PLGA. Com 8 semanas, o material estava largamente degradado; com 12 semanas, o defeito foi bem reparado sem infiltração linfocítica e a resistência biomecânica do grupo experimental foi significativamente superior à do grupo de controlo, aproximando-se da de um tendão normal. Isto está em linha com estudos anteriores de Rodkey et al. e Sato et al. utilizando PGA/Dacron como andaime.
3. perspectivas
Os materiais de andaimes celulares com engenharia de tecidos são um foco chave e uma área difícil de investigação na Divisão de Engenharia de Tecidos. Sem um andaime adequado, as células de semente serão perdidas e morrerão. Os materiais de andaimes de engenharia de tecidos devem ter boa biocompatibilidade, biodegradabilidade, estrutura tridimensional e plasticidade com considerável resistência mecânica para além de uma boa actividade superficial para facilitar a adesão das células de semente e proporcionar um bom microambiente para as células crescerem e se multiplicarem na sua superfície e secretarem a matriz.
Para os tendões, os materiais de andaimes de engenharia de tecidos são actualmente mais pesquisados como materiais naturais, materiais sintéticos e materiais compostos. Os materiais naturais como o colagénio têm uma boa biocompatibilidade, mas sofrem de más propriedades mecânicas, degradação demasiado rápida e fracas propriedades de processamento e moldagem; os materiais sintéticos como a biocerâmica e os polímeros têm baixas taxas de degradação, os produtos ácidos de degradação causam reacções inflamatórias e pequenas propriedades mecânicas; estes problemas podem ser resolvidos pelo princípio e método dos materiais compostos, ou seja, dois ou mais materiais biológicos com características complementares, numa certa proporção e de uma certa forma. Estes problemas podem ser resolvidos através do princípio e método dos compósitos, em que dois ou mais materiais biológicos com propriedades complementares são combinados numa certa proporção e de uma certa maneira, com o objectivo de construir novos materiais compostos que possam satisfazer os requisitos.
A engenharia de tecidos de tendões tem requisitos elevados para materiais de andaimes, e o desenvolvimento de materiais compósitos continuará a ser um ponto de encontro para investigação futura. É necessária mais investigação no processo de preparação, desenho e optimização da combinação de propriedades, que é uma das principais direcções para o desenvolvimento futuro de materiais de engenharia de tecidos.