Определение и оценка стратегии остеоиммуномодуляции костных биоматериалов

Большая часть усилий, связанных с опосредованными биоматериалом иммунными реакциями, была сосредоточена на том, приведет ли реакция инородного тела, вызванная материалами, к чрезмерному воспалению и отторжению или инкапсуляции фиброзной тканью в концепции, называемой «биосовместимостью». Иммунные клетки также выделяют цитокины, которые регулируют остеогенез, таким образом вызывая или ингибируя образование кости.

В недавнем исследовании, проведенном нашей лабораторией, мы исследовали, как макрофаги в ответ на стимулированную кобальтом b-TCP (CCP) влияют на остеогенную дифференцировку стромальных клеток костного мозга (BMSCs) [182]. CCP сам по себе может усиливать остеогенную дифференцировку BMSC, что указывает на активацию маркеров остеогенеза (ALP, OPN, OCN и COL1). Однако, когда были вовлечены макрофаги, остеогенный эффект был ослаблен. Затем мы провели исследование in vivo для проверки точности этих методов тестирования (рис. Интересно, что результаты, полученные на биоматериалах / костных клетках / иммунных клетках, согласуются с данными in vivo и указывают на важную роль иммунных клеток и макрофагов, в частности, в остеогенезе, вызванном биоматериалами.

Масса фактических данных, полученных как из литературы, так и из наших собственных исследований, дает понять, что новое свойство, включающее биоматериалы, костные клетки и иммунные клетки вместе, должно быть определено и добавлено в систему оценки костных биоматериалов с целью оптимизации разработки таких материалов.

Оценка OIM будет сложной, потому что она включает взаимодействие между биоматериалами, костными клетками и иммунными клетками, но может быть достигнута путем применения системы совместного культивирования, которая включает все три фактора.

Системы совместного культивирования в ти кости

включать косвенное индукция совместное культивирование с использованием кондиционированной среды, косвенное совместное культивирование с использованием камер Бойдена и прямое совместное культивирование (рис. 7).

Прямое совместное культивирование позволяет как иммунным, так и костным клеткам находиться в непосредственном контакте с материалами одновременно, что было бы в случае in vivo. Это может быть выполнено путем наложения одного типа клеток поверх другого, хотя этот метод сопряжен с техническими трудностями, из-за которых воспроизводимость результатов является наиболее распространенной [194]. Это требует вовлечения клеток, полученных от одного отдельного пациента, особенно когда речь идет об иммунных клетках.

Первичная культура ткани цельного костного мозга, полученная в результате хирургического вмешательства или биопсии, может отвечать требованию предоставления различных типов клеток из разных тканей, включая скелет и иммунную систему.

Изменчивость между пациентами и ограниченный источник подходящих донорских тканей затрудняет установление этого метода в качестве стандарта оценки in vitro. Другим ограничением является разделение эффектов различных типов клеток. Клетки могут быть отсортированы по флуоресцентно-активированной сортировке клеток (FACS) или магнитно-активированной сортировке клеток (MACS), а затем оценены по экспрессии генов, но это чревато трудностями. Кроме того, белки в среде не могут быть отнесены к одному конкретному типу клеток. Поэтому косвенное совместное культивирование с использованием камер Бойдена может быть наиболее подходящей и воспроизводимой системой оценки для оценки OIM.