הנדסת רקמות קרטל מנסה לשחזר מחדש את נגרמים עורקים, אתגר קליני מתמשך בשל יכולת הריפוי המוגבלת של cartilage של intrinsic המוגבלת של intrinsic. בעוד גורמים ביוכימיים כמו גורמי צמיחה וטעינה מכנית נחקרו באופן נרחב, המיקרו-סביבתימנט הפיזי המסופק על ידי הפיגום ספציפי עיצוב תפקיד מכריע באותן רמזים פיזיים, טופוגרפיה של חומרים כימיים ובדיקה גרורתית של תפקוד גרורתיים חזקים.

הבנה של Scaffold Topography

טופוגרפיה Scaffold כוללת מגוון של תכונות פני השטח, כולל grooves, רכסים, בורות, pores, סיבים, ודפוסי ממדים שונים.תכונות אלה אינן רק קוסמטיות; הם מציגים רמזים פיזיים כי תאים מרגישים דרך מסלולים mechanotransduction. Chondrocytes, תאים מיוחדים אשר מסנתז ושומרים על ממטר אינטראקציה נוספת (MEC), מגיבים רמזים פיזיים כי תגובות CMics אלה, כלומר, רמות תאים של תאים אופייניים של תאים של תאים של תאים של תאים של תאים CM-אונדציטים, או CM-אונדציטים, השפעה, השפעה.

המטריקס Native cartilage הוא רשת מורכבת, מאורגנת מילולית של סיבי סוג קולגן סוג II, proteoglycans, ומאקרומולקולטים אחרים. cartilage מציג ארגון zonal עם סיבים שונים סגסוגת סיבים ודחיסות. Scaffoldטופography כי לשחזר את ניואנסים מבניים אלה יכול להנחות chondrocytes כדי לאמץ phenotypes מתאים לייצר ספוגה טובה יותר עבור ספוגים מבודדים.

הבנה של טופוגרפיה ספוגה גם דורשת שיקול של כימיה ונוקשות פני השטח, כפי שגורמים אלה משלבים עם טופוגרפיה כדי לשנות התנהגות תאים.עם זאת, טופוגרפיה עצמה יכולה לשלוט בתגובה, במיוחד כאשר תאים מתתרבות על פני השטח עם דפוסים מוגדרים.מחקרים באמצעות מיקרו-פאבריקטים ועמודי עמודים הוכיחו כי צ'ונדרוציטים שלהם מתאימים את פעולתם של גרטוטון לאורך groox הידוע לאחר מכן, אשר נקרא השפעות ייצור והדרכה.

השפעות על התנהגות צ'נדרוציט

ההשפעות של טופוגרפיה ספוגית על chondrocytes ניתן לסווג לכמה היבטים הקשורים: החזקה, התפשטות, מורפולוגיה, הגירה, הבחנה, וסינתזה מטריצה.כל אחד מהם הוא קריטי עבור הנדסה מוצלחת רקמת פחמימות.

ההרחבה וה-Pult

דבקות תא ראשונית לפסל מוכוונת על ידי קולטנים אינסטיגליים הקשורים לרצועות דבקות על פני השטח. תכונות טופוגרפיות ב- nanoscale להגדיל את השטח הזמין עבור מצגת ligand וניתן אשכול אתרי Integrins, שיפור היווצרות מיקוד ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

התפוצה מושפעת גם מטופוגרפיה. מבנים פוריים עם pores מקושר בטווח של 100-400 μm ידועים להקל על מטבוליזם תזונתי וחמצן, אשר מקיים פעילות מטבולית גבוהה וחטיבת תאים. עם זאת, pores קטנים מאוד (פחות מ -10 מיקרומטר) יכול להגביל את התנועה התאית ולהוביל quiescence. pre נראה להיות סחר חליפין בין מספק עבור משטחים מופחתים סבירים יותר על פני שטח מבוזרים סביר יותר מאשר מגבלות מכניות יותר מאשר phosto לעתים קרובות.

תא מורפולוגיה ואוריינטציה

צ'ונדרבוציטים ב cartilage Native הם עגולים או פוליגון, במיוחד באזורי הביניים והעמוקים. עם זאת, כאשר הם התרבות על משטחים דו-ממדיים שטוחים, הם לעתים קרובות משפילים לתוך צורה דמוית פיברבסטורד. Scaffold העליוןography יכול לעזור לשמור או לשחזר את הפנוטיפים הכאיים, אך ורק מטבוליים אלה יכולים למעשה לחקות את תאים מתפתלים יותר, אך ורק כדי לקדם את הסוג המטורף כהה יותר, אך ורק כדי לקדם את האיים המסובכים יותר, אך ורק כדי לקדם את האינטראקטיביים המסובכים יותר, אך ורק כדי לקדם את האינטראקטיביים המטורף כהה יותר, מאשר מסובכים יותר, מאשר מסובכים יותר, מאשר מסובכים יותר, מאשר מסובכים.

האוריינטציה של תאים היא קריטית עבור התכונות מכניות של זחלות באזור השטחי, סיבי קולגן מקבילים על פני השטח האמנותי, מתן התנגדות גילוח. Scaffolds עם סיבים תואמים או grooves ישיר chondrocytes ואת סיבי הקולגן המופקדים שלהם לאורך ציר זה, יצירת מבנה מכני של הארגון הוא קשה להשיג את היחסים המשתנים חיוניים עבור מסגרת מולקולרית הוא חיוני עבור מסגרת היחסים שלהם הוא קשה עם קשקשים.

המונחים: Chondrogenic differentiation

טופוגרפיה Scaffold יכולה להשפיע על הגוון של תאים פרוגנריים, כגון תאי גזע mesenchymal (MSCs), לעבר קומפוגני chondrogenic.זה חשוב במיוחד בהנדסת רקמות שבו MSCs נטועים על חלקיקים עם המטרה של יצירת רמזים טופוגרפיים, כאשר בשילוב עם גורמים soluage כגון TGF-,β יכול לשפר ביעילות גנואידים עם סוג של ננומטרה.

משטחים מיקרו-מדומים עם ממדים ספציפיים גרפיים יכולים גם לחקות את שלב ההדבקה של התפתחות גפיים העוברית, שבו תאים עוברים שינויים בצורת דיסקרטית כי מעלה סמנים chondrogenic.מחקר על ידי FLT:0Giannoni et al.FLT (2019) FLT:1 הוכיחו כי MSCs תרבותית על פוליגלילוקסיד (PD) גדל כדי לפקחים שאינם גמישים.

מכניזם של הבחנה באמצעות טופוגרפיה

כיצד בדיוק טופוגרפיה לנהוג שונות? התשובה טמונה במכנדרורנסטציה.תאים חשים תכונות פיזיות באמצעות קידודים מוקד וcytoeleton, אשר משדר כוחות לגרעין באמצעות חלבונים קישור.קישור מכני זה יכול לשנות מבנה chromatin וביטוי גנים ללא רמזים כה שופעים.

בנוסף, טופוגרפיה משנה את הזמינות של גורמי צמיחה.תבניות מסוימות יכולות למקם BMPs או TGF-β מן המדיום התרבותי, להציג אותם באופן מוגדר מרחבי, אשר משפר את האותות.סינרגיה זו בין רמזים פיזיים וביוכימיים היא תחום מבטיח לתכנון ספוג בעתיד.

סוגים של תכונות טופוגרפיים ב Scaffolds

ניתן לגוון את ה-Scaffolds עם מגוון של תכונות טופוגרפיים, כל אחד עם אפקטים ברורים על chondrocytes.הבחירה של שיטת ייצור - אלקטרוניקה, הדפסה 3D, photolithography, etching, או הערכה עצמית - קובע את הגודל והדיוק של תכונות.

גרובות ורידג's

מיקרון-scale grooves ו ridges הם בין התכונות הטופוגרפיה המלומדות ביותר. הם מעוררים הדרכה מגע, מיושר תאים ופיקד ECM לאורך הכיוון הגנוב. Groove רוחב של 20-50 מיקרומטר ומעמקי 5-10 μm הם אופייניים לתרבות chondrocyte. aligned groage שיפור עשרות סגולות של שבץ מוקרן בכיוון של דחוס, עם תכונות מיקרו-מפוסלות גבוהות יותר, עם דחוסות יותר, עם דחוסות יותר, עם דחוסות יותר, עם תכונות מתוחכמות גבוהה יותר, עם דחוסות יותר.

פורים ופורוסיות

פיגומים פוריים הם ubiquitous בהנדסת רקמות פחמימות כי הם מאפשרים חדירה תאים והובלת מזון תזונתי. הגודל, צורה, וקשריות באופן דרסטי להשפיע על התנהגות תאים. פורים של 100-300 מיקרומטר נחשבים בדרך כלל אופטימלי עבור גיאומטריה צ'ונדרוציטים שליטה וייצור ECM.

סיבים וננופיבר

(האלקטרוספג ננופיבר פיגומים משמשים נרחב כדי לחקות את האופי הפיברוס של קולגן ב- cartilage ECM.fiter, היישור, ואת העגפיים של כל השפעה chondrocyte תגובה. Aligned ננופיבר (diameters 200-1000 nm) לקדם צמיחה מוכוונת ו detraction, בעוד סיבים אקראיים מייצרים הם רקמות טרופיות עם מבנה avcficd) עם גירוי עם גירוי גבוה יותר עבור csocid (Fon-Fon) אשר הראה כי הוא מסוגל לשלב אלמנטים של cvn-fine-fine) אשר ניתן לשלב את זההההההההההפחתת כמותומטר (R) עבור גירוי מתמשך של cvactipto-fine) 000) 000 (R) 000) 000 (R) 000) עבור גירוי כפול (R) 000-fine-fon-fon-fine) מוגברת על ידי גירוי כפול (R) 000-fan-fan-fan-fan-fan-fine) עבור גירוי כפול (R) שיפור של גירוי כפול (R) 000) 000-fancactiactiact

פיטים, עמודים וננופרופורים

הפיגפיים הפוכה עם גודל אחיד spherical spherres מייצגים פרדיגמה טופוגרפית שונה. מבנים אלה יש טופולוגיה רגילה מאוד עם גודל אחיד pore. בדומה, משטחים מעוטרים nanopillars (height 10-100 nm) יכול לגרום דחיסות תאים של הדבקה ופנימיות, המשפיע על ספקטרום מיקרו-תא הוכח לשמור על ndchotypestrarness עגול ותגובה מדויקת של גירוי מדויק.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

ההבחנה בין גרפים אקראיים וצוינו חשובים.רונדומריות, כגון מזרונים אלקטרוספונים עם סיבים, מציעים מגוון רחב של אותות טופוגרפיים שיכולים להכיל סוגים תאים מגוונים, אך ייתכן שאין להם את הדיוק להתנהגויות ספציפיות ישירות. , כגון מיקרוגרוובים או מבנים מודפסים, לספק רמזים עקביים וצפויים כי תאים מנחים באופן אחיד עבור ריצוף, כגון CM אידיאלי, הם יכולים להיות קידודים עם ארקטיקנים עם CM מבטיח יותר, עם ⁇ CM, עם ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ב Vitro וביובו מחקרים על השפעת טופוגרפיה

ההשפעה של טופוגרפיה ספוגית נחקרה הן בתרבות המעבדה והן במודלים של בעלי חיים. במחקרים vitro מאפשרים שליטה מדויקת על הפרמטרים הטופוגרפיה וההתבוננות הישירה של תגובות סלולריות.לדוגמה, מחקר באמצעות פוליcaprolactone (PCL) ספוגים עם מיקרוגרובים (איור 20 μm, עומק 10 מיקרומטר) שנזרע עם מבניין בורקוציטים שנמצאו עבור ניתוח CON1, אך ורק לאחר מכן, 000 ליטרים נמוכים יותר מ-A1, לעומת ממוצעים של דחוסים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 A1, 000 ליטרים, 000 A1, 000 ליטרים, 000 AD, 000 A1, 000 דחוסים, 000 דחוסים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 דחוסים, 000 ⁇ דחוסים, 000 CM, 000 דחוסים, 000 דחוסים, 000 דחוסים, 000 דחוסים, 000 דחוסים של דחוסים של ⁇ גבוה יותר מאשר ⁇ גבוה יותר מאשר ⁇ נמוך יותר מאשר ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

במחקרים vivo, אם כי פחות נפוץ, לאשר את החשיבות של טופוגרפיה עבור שילוב ורקמות היווצרות. השתלה subcutaneous של פיגומים מיקרו-פאבריקרד עכברים עירום הראה כי משטחים מפוצצים קידמו את היווצרות של ניאוקלאז מאורגן עם אינטראקציה טובה יותר עם תאים מארחים. in arkchondal פגם, פיגומים עם ננופיברוזיס מתואמים הביא את האינטגרציה מעולה ומילוי של 12 שבועות מאוחר יותר מאשר קבוצה אקראית של סיבית.

דוגמה בולטת היא העבודה של טט:0 [Steele et al. (2017)], אשר שתל 3D-printed PCL פיגומים עם microgrooves לתוך פגמים בברך הארנב.הם דיווחו כי הפיגמומים מבוהלים מבוהלים תמכו היווצרות של חבילות קולגן מאורגן ושיפור יכולת עלייה של עומס בהשוואה לחלקומים.

השלכות קליניות ותרגום

המטרה הסופית של הבנה טופוגרפיה ספוגית היא לתרגם תובנות אלה לטיפולים יעילים קלינית. מוצרים קליניים נוכחיים לתיקון טרחוס, כגון chondrocyte מושרש chondrocyteation (MACI), להשתמש הפיגמוגלובלים קולגן עם טופוגרף טבעי.עם זאת, אלה פיגמומים לעתים קרובות מוגבלים על ידי תכונות מכניות חלשות ו- אצווה-to-to-to-to-to-btbat-bability.

אתגר קליני מפתח הוא להבטיח כי התכונות הטופוגרפיה נמשכת לאחר השתלה ובמהלך השפלה. פולימרים ביודידים כמו חומצה פולי (חומצה פוליקל-קו-גליקולית) או פוליcaprolactone (PCL) יכולים לשמור על תכונות פני השטח במשך שבועות עד חודשים, אבל שחיקה הידרוליטית יכולה להחליק את תבניות ננומטריות או אסטרטגיות crosslinking עשוי לעזור לשמר טופוגרפיה נוספת היא תגובה חיסונית מסוימת, ולכן לא יכול להפעיל תגובה חיסונית מסוימת.

יתר על כן, ניתן לתכנן את הטופוגרפיה הספציפית של המטופל על סמך נתונים הדמיה.שימוש ב-MRI או ב-microCT סריקות, הארכיטקטורה הטבעית של הקרסולאז' של המטופל יכול להיות משוכפל באמצעות הדפסה תלת-ממדית עם החלטה תת-מיקרומטר. רמת ההתאמה הזו תדרוש התקדמות בטכנולוגיית ההבראה אך היא בעלת הבטחה גדולה.

אופטימיזציה של Scaffold Topography: בעיה רב-פרמטר

עיצוב טופוגרפיה אופטימלית הוא לא רק עניין של בחירת תכונה אחת; זה כרוך איזון פרמטרים מרובים: סוג תכונה, גודל, הפצה ונכסים מכניים.יתר על כן, טופוגרפיה אינטראקציה עם תכונות אחרות פיגומים כגון כימיה, קשיחות ושפל. לדוגמה, פעום עם ננופיברים מתואמים גם כיול chonitin sulfate (a) יכול להגיב על תאים כימיים הדרושים כדי להיות מסוגלות על פני השטח שלה.

פלטפורמות סינון גבוה באמצעות חישוב משמשים כעת כדי לבדוק מאות גרסאות טופוגרפיים בו זמנית.פלטפורמות אלה, לעתים קרובות על בסיס substrates microarrayed, לאפשר זיהוי מהיר של טופוגרפים אשר הטוב ביותר לקדם החזקות chondrocyte, תפוצה, או פנוטיפ. למידת מכונה יכול לנתח את ה-Dset הגדול כדי לחזות שילובים אופטימליים.

בנוסף, התכונות המכאניות של החומר הספג עצמו הן טבילה עם טופוגרפיה. הידרוג רך עם משטח מיקרו-צמחוברד לא יכול לשמור על הירכיים תחת עומס דחוס, בעוד פולימר נוקשה כמו PCL יהיה, לכן, הבחירה של חומר חייב להתאים את העיצוב הטופרפי המיועד של מחזורי מחזוריים ודרישות מכניות של חומרים, כגון הידרוג'ל-ררוס מבוזרים, אשר נשמרים על ידי מיקרו-פרופ'נדרואידים (D) CMDVolfrepericial) אשר נשמרים (D) ו-Cated) , כולל תכונות כפולות (DVolfrephicial) CMR.

כיוונים עתידיים

התחום של טופוגרפיה ספוגית עבור הנדסה טרחוס מתקדם במהירות.מחקר עתידי צפוי להתמקד על גבי הגרפים דינמיים שיכולים להשתנות לאורך זמן בתגובה לפעילות סלולרית או גירוי חיצוני.לדוגמה, פולימרים בצורת צורה יכול לשנות את דפוס פני השטח שלהם על החשיפה לטמפרטורת הגוף או שדה מוחל, המנחה תאים באמצעות שלבים שונים של תיקון.

רב-ממדיות הרב-ממדיות המשלבות גסות ננומטריות עם pores microscale ו-מאקרוscale הם גם נחקרים. אלה פיגומים היררכיים לחקות את ECM הטבעי יותר מקרוב מאשר קשקשים בקנה מידה אחד. integrating טופוגרפיה עם משלוח סמים מבוקר, כגון הטמעת חלקיקים כי שחרור TGF-β או BMP-7, יכול לשפר את התוצאות נוספות, לבסוף בטכניקות הדמיה וכושר פעולה ספציפי בעיצוב.

לסיכום, טופוגרפיה ספוגית היא פרמטר בסיסי בהנדסת רקמות טרחוס, ישירות המשפיע על ההחזקות של צ'ונדרוציט, התפשטות, אוריינטציה, הבחנה, וארגון ממטריקס. על ידי תכנון בקפידה תכונות טופוגרפיים - החל סיבים מתואמים למיקרוגרובים וננוטרים - חוקרים יכולים ליצור פיגומים כי להנחות את היווצרות של פונקציונליות, עמידות עמידות טכנולוגיות כמו גם שיפור תפקיד קליני של דחיסה שלנו.