细胞介导反应在工程软骨中造成TGF-β递送限制

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 组织工程是组织工程.
• 细胞生物学 细胞生物学

背景情况:

• 软骨发育中的内源转化生长因子-β (TGF-β) 活性是由细胞介导反应精确控制的.
• 这些自然调节机制与组织工程 (TE) 中外源性TGF-β递送的要求形成鲜明对比,这往往需要持续或远程分布.
• 细胞介导反应对外源性TGF-β在TE软骨中的分布的影响仍然不太清楚.

研究的目的:

• 为了研究细胞介导反应如何影响在软骨TE结构内管理的TGF-β的时空分布.
• 描述TGF-β通过细胞和工程软骨中的细胞外基质 (ECM) 的结合和内部化速率.
• 开发计算模型,预测这些细胞反应的影响下TGF-β输送概况.

主要方法:

• 试验性描述TGF-β与ECM结合和由牛状细胞种子结构中的细胞受体内部化.
• 使用Brunauer-Emmett-Teller (BET) 吸附异热法对TGF-β结合的分析.
• 通过迈凯利斯-门和功率定律模型确定TGF-β内部化动力学.
• 开发计算模型来模拟TGF-β的时空分布.

主要成果:

• 与ECM结合的TGF-β表现出非线性BET吸附,每个结合部位可能有多达七个TGF-β分子聚集在一起.
• 细胞介导的TGF-β内部化跟随低剂量 (≤130 ng/mL) 的迈凯利斯-门动力学,但在较高剂量 (≥130 ng/mL) 时显示出意想不到的非和功率趋势.
• 计算模型揭示了显著的TGF-β空间梯度与介质补充,与度下降~90%在500微米范围内.
• 与非细胞对照相比,细胞内化大大减少了氨酸结合支架上的TGF-β保留时间 (减少了160-360倍).

结论:

• 细胞介导的化学反应在软骨组织工程中对TGF-β的有效传递施加了重大限制.
• 这些反应导致通过介质传递TGF-β时的透受到限制,并在使用亲和性支架时大幅减少保留.
• 新型TGF-β输送平台必须明确考虑这些细胞介导反应,以实现对软骨再生的最佳暴露配置.