Обнаружение HOCl

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 10329 (2022) Цитировать эту статью

1106 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Искусственные биоматериалы позволяют существенно увеличить скорость регенерации тканей. Однако имплантация каркасов приводит не только к ускоренному заживлению тканей, но и к иммунному ответу организма, что приводит к деградации биоматериала. Синергия процессов иммунного ответа и деградации каркаса во многом определяет эффективность регенерации тканей. Тем не менее, методы, позволяющие быстро, точно и неинвазивно определить степень деградации биоматериала, весьма востребованы. Здесь мы показываем возможность мониторинга деградации децеллюляризованных каркасов бычьего перикарда в условиях, имитирующих иммунный ответ и процессы окисления, с использованием многофотонной томографии в сочетании с флуоресцентной визуализацией времени жизни (MPT-FLIM). Мы обнаружили, что время жизни флуоресценции индуцированных генипином поперечных связей в коллагене и продуктах окисления коллагена является ярким маркером окислительной деградации каркасов. Это было проверено в модельных экспериментах, где окисление индуцировали хлорноватистой кислотой или воздействием активированных нейтрофилов. Параметры затухания флуоресценции также коррелировали с изменением микромеханических свойств каркасов, оцененных с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ). Наши результаты показывают, что FLIM можно использовать для количественной оценки свойств и деградации каркасов, необходимых для процессов заживления ран in vivo.

В тканевой инженерии и регенеративной медицине каркасы обеспечивают механическую поддержку и биохимические сигналы для обеспечения выживания и дифференцировки клеток1. Децеллюляризация тканей и органов животных позволяет создавать внеклеточный матрикс (ECM), который сохраняет механические и биохимические свойства нативного ECM и представляет собой идеальную нишу для регенерации тканей2,3. Биоматериал стимулирует рекрутирование клеток и ремоделирование тканей и в то же время постепенно деградирует. Скорость и механизмы деградации каркаса во многом определяют иммунный ответ на имплантацию каркаса и эффективность заживления ран.

Децеллюляризованный бычий перикард (ДБП) представляет особый интерес в медицине благодаря своей доступности, биосовместимости и регулируемым физико-химическим свойствам4. ДБФ — дешевый и прочный материал, широко используемый в кардиохирургии, ортопедии, общей и легочной хирургии, стоматологии5. Сшивание DBP химическими агентами, такими как глутаральдегид, эпоксидные соединения и генипин, модулирует иммуногенность биоматериала, улучшает его протеолитическую стабильность и продлевает его деградацию4,6. Однако неоправданная задержка деградации каркаса может привести к чрезмерной воспалительной реакции и образованию инородных тел. Таким образом, разработка новых сшивающих агентов и оптимизация архитектуры и деградации каркаса является горячей точкой в ​​регенеративной медицине7.

Имплантация каркасов инициирует иммунный ответ, при котором нейтрофилы являются первыми иммунными клетками, которые рекрутируются и активируются в месте повреждения ткани8,9. Активация нейтрофилов сопровождается секрецией белков (например, коллагеназы, желатиназы) внутриклеточных гранул, способных разрушать биоматериалы. Кроме того, активированные нейтрофилы высвобождают миелопероксидазу (МПО), которая в присутствии H2O2 генерирует хлорноватистую кислоту (HOCl). HOCl является мощным окислителем, который может окислять и разлагать не только биологические молекулы, но и наноматериалы на основе углерода10,11,12.

Физические методы, такие как атомно-силовая микроскопия (АСМ), успешно используются для оценки изменений структурных свойств и деградации каркасов13,14,15,16. Оптические методы также позволяют быстро количественно оценить физико-химические свойства биоматериалов, а также исследовать метаболический статус окружающих клеток. Особенно многообещающим является применение многофотонной флуоресцентной томографии в сочетании с визуализацией времени жизни флуоресценции (MPT-FLIM), которая позволяет визуализировать более глубокие слои ткани с помощью молекулярно-специфического контраста17. MPT-FLIM ранее использовался для характеристики деградации каркасов на основе коллагена18,19,20,21,22,23. FLIM в сочетании с рамановской спектроскопией также позволяет оценить степень сшивки в коллагенсодержащих каркасах перикарда, используя сигнал флуоресценции поперечных связей, индуцированных генипином19. Мультиспектральный FLIM использовался для мониторинга ферментативной деградации коллагена в каркасах перикарда крупного рогатого скота20. Флуоресцентная стереомикроскопия и многофотонная томография использовались в сочетании с иммуногистохимическими анализами и микротомографией, чтобы получить представление о деградации DBP ex vivo21. Волоконно-оптический FLIM был применен для отслеживания динамики рецеллюляризации поверхности каркаса путем мониторинга изменений времени жизни флуоресценции22. Параметры времени жизни автофлуоресценции продуктов окисления коллагена и поперечных связей также можно использовать для характеристики природных коллагенов и их деградации in vivo24,25,26,27. Тем не менее, модификация коллагеновых биоматериалов, индуцированная иммунными клетками, не была оценена оптическими методами.