Тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта

Тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта объединяет клетки, материалы и технику для создания трехмерной реконструкции слизистой оболочки полости рта. Он предназначен для моделирования реальной анатомической структуры и функций 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: рецессии десны ( отступы десен ), которые являются дефектами, связанными с зубами, и дефекты, не связанные с зубами. Дефекты, не связанные с зубами, могут быть результатом травмы, хронической инфекции или дефектов, вызванных резекцией или абляцией опухоли (в случае рака полости рта ). Распространенными подходами к замене поврежденной слизистой оболочки полости рта являются использование аутологичных трансплантатов и культивированных эпителиальных листов.

Аутологичные трансплантаты

Аутологичные трансплантаты используются для переноса тканей из одного места в другое на одном и том же теле. Использование аутологичных трансплантатов предотвращает реакции отторжения трансплантата . Трансплантаты, используемые для реконструкции полости рта , предпочтительно берут из самой полости рта (например, десневые и небные трансплантаты). Однако их ограниченная доступность и небольшой размер приводят к использованию трансплантатов кожи или слизистой оболочки кишечника для покрытия более крупных дефектов. ^[2]

Помимо нехватки тканей, распространенной проблемой, которая может возникнуть при использовании аутологичных трансплантатов, является болезненность донорского участка. Когда ткань получена 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 с лучевой поверхности предплечья или латеральной поверхности плеча при перекрытии более обширных дефектов . Положительным моментом использования кожных трансплантатов является большая доступность кожи. Однако кожные трансплантаты отличаются от слизистой оболочки полости рта по консистенции, цвету и характеру ороговения. На пересаженном кожном трансплантате часто продолжают расти волосы в полости рта.

Нормальная слизистая 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: верхнего слоя многослойного плоского эпителия и нижнего слоя собственной пластинки . Эпителиальный слой состоит из четырех слоев:

Stratum basale (базальный слой)
Stratum spinosum (остистый слой)
Stratum granulosum (зернистый слой)
Роговой слой (ороговевший/поверхностный слой)

В зависимости от области рта эпителий может быть ороговевающим или неороговевающим. Неороговевающий плоский эпителий покрывает мягкое небо , губы, щеки и дно рта. имеется ороговевающий плоский эпителий На десне и твердом небе . ^[3] Кератинизация — это дифференцировка кератиноцитов зернистого слоя в мертвые поверхностные клетки с образованием рогового слоя. Клетки окончательно дифференцируются по мере миграции к поверхности (из базального слоя, где клетки-предшественники, расположены к мертвой поверхностной поверхности).Собственная пластинка представляет собой слой волокнистой соединительной ткани , состоящий из сети I и III волокон коллагена типов и эластина . Основными клетками собственной пластинки являются фибробласты , отвечающие за выработку внеклеточного матрикса . Базальная мембрана образует границу между эпителиальным слоем и собственной пластинкой.

Тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта

Искусственная слизистая оболочка полости рта частичной толщины

Методы культивирования клеток позволяют получать эпителиальные листы для замены поврежденной слизистой оболочки полости рта. В тканевой инженерии частичной толщины используется один тип клеточного слоя, который может быть монослоем или многослоем. Однослойных эпителиальных листов достаточно для изучения базовой биологии слизистой оболочки полости рта, например, ее реакции на такие раздражители, как механический стресс, добавление факторов роста и радиационное повреждение . Однако слизистая оболочка полости рта представляет собой сложную многослойную структуру с пролиферирующими и дифференцирующими клетками, а однослойные эпителиальные листы, как было показано, хрупкие, с ними трудно обращаться, и они могут сокращаться без поддерживающего внеклеточного матрикса. Однослойные эпителиальные листы можно использовать для изготовления многослойных культур. Эти многослойные эпителиальные листы демонстрируют признаки дифференцировки, такие как образование базальной мембраны и кератинизация. ^[1] Фибробласты являются наиболее распространенными клетками внеклеточного матрикса и важны для морфогенеза эпителия . Если фибробласты отсутствуют в матриксе, эпителий прекращает пролиферацию, но продолжает дифференцироваться. Структуры, полученные с помощью частичной инженерии слизистой оболочки полости рта, составляют основу для полной инженерии слизистой оболочки полости рта.

Полнослойная тканеинженерная слизистая оболочка полости рта

С развитием тканевой инженерии был разработан альтернативный подход: создание полнослойной слизистой оболочки полости рта. Полнослойная инженерная слизистая оболочка полости рта лучше моделирует ситуацию in vivo , поскольку учитывает анатомическую структуру нативной слизистой оболочки полости рта. Такие проблемы, как нехватка тканей и болезненность донорского участка, не возникают при использовании инженерной слизистой оболочки полости рта на всю толщину.

Основная цель при создании инженерной слизистой оболочки полости рта на всю толщину — сделать ее максимально похожей на нормальную слизистую оболочку полости рта. Это достигается за счет использования комбинации различных типов клеток и каркасов .

Собственная пластинка : имитируется путем посева фибробластов полости рта, продуцирующих внеклеточный матрикс, в биосовместимый (пористый) каркас и их культивирования в среде для дифференцировки фибробластов.
Базальная мембрана : содержит коллаген IV типа , ламинин , фибронектин и интегрины . В идеале базальная мембрана должна содержать светлую пластинку и плотную пластинку .
Многослойный плоский эпителий : моделируется кератиноцитами полости рта, культивируемыми в среде, содержащей факторы роста кератиноцитов, такие как эпидермальный фактор роста (EGF). ^[1]

Для получения наилучших результатов важными факторами, которые следует учитывать, являются тип и происхождение фибробластов и кератиноцитов, используемых в тканевой инженерии слизистой оболочки полости рта. Фибробласты обычно берут из дермы кожи или слизистой оболочки полости рта. Кертиноциты можно выделить из разных участков полости рта (например, неба или десен). Важно, чтобы фибробласты и кератиноциты использовались как можно раньше, поскольку функция этих клеток со временем снижается. Пересаженные кератиноциты и фибробласты должны адаптироваться к новой среде и принять свои функции. Существует риск потери трансплантированной ткани, если клетки не адаптируются должным образом. Эта адаптация проходит более гладко, когда клетки донорской ткани напоминают клетки нативной ткани.

Строительные леса

Каркас или матрица служат временной поддерживающей структурой (внеклеточным матриксом), исходной архитектурой, на которой клетки могут расти в трехмерном пространстве в желаемую ткань. Каркас должен обеспечивать среду, необходимую для клеточного роста и дифференциации; он должен обеспечивать прочность, чтобы противостоять механическим нагрузкам и направлять их рост. Более того, каркасы должны быть биоразлагаемыми и разлагаться с той же скоростью, с которой регенерирует ткань, чтобы оптимально заменить ее тканью-хозяином. ^{[ нужна ссылка ]} Существует множество каркасов на выбор, и при выборе каркасов биосовместимость, пористость и стабильность. следует также учитывать ^[4] Доступные каркасы для тканевой инженерии слизистой оболочки полости рта:

Каркасы природного происхождения

Бесклеточная дерма . Бесклеточная дерма образуется путем удаления клеток (эпидермиса и дермальных фибробластов) из расщепленной кожи. Он имеет две стороны: одна сторона имеет базальную пластинку, подходящую для эпителиальных клеток, а другая пригодна для инфильтрации фибробластов, поскольку имеет неповрежденные сосудистые каналы. Он прочен, способен сохранять свою структуру и не вызывает иммунных реакций (неиммуногенен).
Амниотическая мембрана . Амниотическая мембрана , внутренняя часть плаценты , имеет толстую базальную мембрану из коллагена IV типа и ламинина и бессосудистую соединительную ткань.

Заменители кожи, населенные фибробластами

Заменители кожи, населенные фибробластами, представляют собой каркасы, содержащие фибробласты, способные пролиферировать и производить внеклеточный матрикс и факторы роста в течение 2–3 недель. Это создает матрицу, подобную матрице дермы. Например, коммерчески доступные типы:

Дермаграфт
Аплиграф
Орсель
Полиактивный
Hyalograf 3D ^[1]

Каркасы на основе желатина

Желатин – это денатурированная форма коллагена. Желатин обладает рядом преимуществ для применения в тканевой инженерии: он привлекает фибробласты, неиммуногенен, прост в манипулировании и ускоряет образование эпителия. Существует три типа каркасов на основе желатина:

Матрица декстрана, окисленного желатином ^[5]
Декстрановая матрица, окисленная желатином и хитозаном ^[4]
Желатин-глюкановая матрица
Желатин-гиалуронатная матрица
Желатин-хитозановая матрица на основе гиалуроновой кислоты.

Глюкан — полисахарид с антибактериальными , противовирусными и антикоагулянтными свойствами. Гиалуроновая кислота добавляется для улучшения биологических и механических свойств матрицы. ^[1]

Каркасы на основе коллагена

Каркасы из чистого коллагена

Коллаген является основным компонентом внеклеточного матрикса. Коллагеновые каркасы эффективно поддерживают рост фибробластов, что, в свою очередь, позволяет кератиноцитам хорошо расти в несколько слоев. Коллаген (в основном коллаген типа I) часто используется в качестве каркаса, поскольку он биосовместим, неиммуногенен и доступен. Однако коллаген относительно быстро биодеградирует и плохо противостоит механическим воздействиям. Улучшенные характеристики можно создать за счет сшивки матриц на основе коллагена: это эффективный метод коррекции нестабильности и механических свойств. ^[6]

Сложные коллагеновые каркасы

Каркасы на основе сложного коллагена были разработаны в попытке улучшить функцию этих каркасов для тканевой инженерии. Примером сложного коллагенового каркаса является коллаген-хитозановая матрица. Хитозан — полисахарид, химически аналогичный целлюлозе . В отличие от коллагена, хитозан биоразлагается относительно медленно. Однако хитозан не очень биосовместим с фибробластами. Чтобы улучшить стабильность каркасов, содержащих желатин или коллаген, и биосовместимость хитозана, их сшивают; они компенсируют недостатки друг друга. ^[4]^[6]

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

Аллогенные культивированные кератиноциты и фибробласты в бычьем коллагене (Gintuit) — первый клеточный продукт, изготовленный из аллогенных клеток человека и бычьего коллагена, одобренный Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA). ^[8] Это аллогенный клеточный каркасный продукт, который был одобрен для медицинского использования в США в марте 2012 года. ^[9]

Каркасы на основе фибрина

Каркасы на основе фибрина содержат фибрин, который придает кератиноцитам стабильность. Более того, их легко воспроизводить и обрабатывать. ^[1]

Гибридные леса

Гибридный каркас – заменитель кожи на основе сочетания 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, а их биоразлагаемость можно контролировать. ^[7]

Синтетические леса

Использование натуральных материалов в строительных лесах имеет свои недостатки. Обычно они дороги, недоступны в больших количествах и сопряжены с риском передачи заболеваний. Это привело к разработке синтетических каркасов.При производстве синтетических лесов осуществляется полный контроль их свойств. Например, они могут иметь хорошие механические свойства и достаточную биоразлагаемость . Когда дело доходит до толщины синтетических каркасов, пористость и размер пор являются важными факторами контроля образования соединительной ткани. Примеры синтетических каркасов:

Полиэтилентерефталатные мембраны (ПЭТ мембраны)
Поликарбонат-проницаемые мембраны (ПК-мембраны)
Пористая полимолочная гликолевая кислота ( PLGA ) ^{[ нужна ссылка ]}

Историческое использование электропрядения для производства синтетических каркасов восходит, по крайней мере, к концу 1980-х годов, когда Саймон показал, что технология может быть использована для производства волокнистых каркасов нано- и субмикронного размера из растворов полимеров, специально предназначенных для использования в качестве клеточных и тканевых субстратов in vitro . Это раннее использование электроформованных решеток для культивирования клеток и тканевой инженерии показало, что различные типы клеток будут прикрепляться к поликарбонатным волокнам и размножаться на них. Было отмечено, что в отличие от уплощенной морфологии, обычно наблюдаемой в 2D-культуре, клетки, выращенные на волокнах электропрядения, демонстрировали более округлую трехмерную морфологию, обычно наблюдаемую в тканях in vivo . ^[10]

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

Хотя он еще не коммерциализирован для клинического использования, были проведены клинические исследования внутри- и внеротового лечения с использованием искусственно созданной слизистой оболочки полости рта на всю толщину.Полнослойная инженерная слизистая оболочка полости рта в основном используется в челюстно-лицевой реконструктивной хирургии и реконструкции пародонта вокруг имплантата. хорошие клинические и гистологические Получены результаты. Например, происходит врастание сосудов и трансплантированные кератиноциты хорошо интегрируются в нативный эпителий. Полнослойная инженерная слизистая оболочка полости рта также показала хорошие результаты при внеротовых применениях, таких как реконструкция уретры , реконструкция поверхности глаза и реконструкция век . ^[1]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г К. Мохарамзаде и др. (2007), Тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта: обзор научной литературы , Журнал стоматологических исследований JDR
^ Ульрих Мейер и др. (2009), Основы тканевой инженерии и регенеративной медицины , стр. 368, ISBN 978-3-540-77754-0
^ Луис Карлос Жункиера и др. (2005), Основная гистология , стр. 282, ISBN 0-07-144116-6
^ Jump up to: ^а ^б ^с Берилло Д. и др. (2012), Окисленный декстран как сшивающий агент для криогелевых каркасов хитозана и образование полиэлектролитных комплексов между хитозаном и желатином , Макромолекулярная биология 12 (8), стр. 1090-1099 два : 10.1002/mabi.201200023
^ Берилло Д., Волкова Н. (2014), Получение и физико-химические характеристики криогеля на основе желатина и окисленного декстрана , Журнал материаловедения 49 (14), P. 4855-4868 два : 10.1007/s10853-014-8186-3
^ Jump up to: ^а ^б Сунг-Пей Цай и др. (2006), Получение и оценка клеточной совместимости композитных каркасов хитозана и коллагена с использованием аминокислот в качестве сшивающих мостиков , Журнал прикладной науки о полимерах
^ Jump up to: ^а ^б Элин Дебусер, Тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта , Гентский университет
^ «Гинтуит — вопросы и ответы» . США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) . 3 мая 2022 г. Проверено 23 апреля 2023 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
^ «Гинтуит» . США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) . 13 мая 2022 г. Проверено 23 апреля 2023 г.
^ Саймон, Эрик М. (1988). «Окончательный отчет фазы I Национального института здравоохранения: волокнистые субстраты для клеточных культур (R3RR03544A)» . Исследовательские ворота . Проверено 22 мая 2017 г.

[ref1-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г К. Мохарамзаде и др. (2007), Тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта: обзор научной литературы , Журнал стоматологических исследований JDR

[ref5-2] Ульрих Мейер и др. (2009), Основы тканевой инженерии и регенеративной медицины , стр. 368, ISBN 978-3-540-77754-0

[ref6-3] Луис Карлос Жункиера и др. (2005), Основная гистология , стр. 282, ISBN 0-07-144116-6

[ref8-4] Jump up to: ^а ^б ^с Берилло Д. и др. (2012), Окисленный декстран как сшивающий агент для криогелевых каркасов хитозана и образование полиэлектролитных комплексов между хитозаном и желатином , Макромолекулярная биология 12 (8), стр. 1090-1099 два : 10.1002/mabi.201200023

[ref7-5] Берилло Д., Волкова Н. (2014), Получение и физико-химические характеристики криогеля на основе желатина и окисленного декстрана , Журнал материаловедения 49 (14), P. 4855-4868 два : 10.1007/s10853-014-8186-3

[ref3-6] Jump up to: ^а ^б Сунг-Пей Цай и др. (2006), Получение и оценка клеточной совместимости композитных каркасов хитозана и коллагена с использованием аминокислот в качестве сшивающих мостиков , Журнал прикладной науки о полимерах

[ref2-7] Jump up to: ^а ^б Элин Дебусер, Тканевая инженерия слизистой оболочки полости рта , Гентский университет

[Gintuit_Q&A-8] «Гинтуит — вопросы и ответы» . США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) . 3 мая 2022 г. Проверено 23 апреля 2023 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .

[9] «Гинтуит» . США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) . 13 мая 2022 г. Проверено 23 апреля 2023 г.

[10] Саймон, Эрик М. (1988). «Окончательный отчет фазы I Национального института здравоохранения: волокнистые субстраты для клеточных культур (R3RR03544A)» . Исследовательские ворота . Проверено 22 мая 2017 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]