12.9.2 Reticularea
În ciuda avantajelor aparente, utilizarea scheletelor biologice ridică încă o serie de probleme, în special biodegradarea rapidă a acestora in vivo, preocupări legate de imunogenitate și răspunsuri tisulare neintenționate sau incomplete. Pentru a depăși aceste preocupări, de-a lungul deceniilor au fost utilizate metode de reticulare. Reticularea joacă un rol în încetinirea biodegradării, precum și în eliminarea sau reducerea răspunsului încrucișat al speciilor la proteinele structurale ale scheletelor ECM (Courtman et al., 2001).
Succesul reticularizării poate fi apreciat în dezvoltarea de valve cardiace bioprotetice din țesuturi xenogene. Trecerea de la tratamentul cu formaldehidă și introducerea reticulației cu glutaraldehidă a valvelor cardiace bioprotetice este considerată o realizare majoră în acest domeniu (Zilla et al., 2007). Reticularea menține suprafața non-trombogenă a valvelor cardiace bioprotetice, reduce antigenitatea și previne degradarea, mărind astfel durata de viață in vivo a acestora. Această formă de fixare a valvelor cardiace bioprotetice este utilizată și în prezent. Într-adevăr, tăbăcirea cu crom a colagenului a fost utilizată de peste 100 de ani în conservarea pieilor de animale în industria pielăriei (Covington, 1997). Procesul implică legături ionice, covalente și de hidrogen între speciile de crom și colagen. Această formă de stabilizare a biomaterialelor a fost utilizată, de asemenea, pentru a produce catgut cromat ca material de sutură chirurgicală (Van Winkle et al., 1975). Există diverse alte forme de agenți de reticulare, dezvoltate în principal din necesitate pentru a îmbunătăți performanța valvelor cardiace bioprotetice și a țesutului pericardic in vivo și pentru a depăși eșecurile asociate cu calcifierea și citotoxicitatea. Agenții de reticulare au variat de la binecunoscutele aldehide (formaldehidă și glutaraldehidă) până la reticulanți bifuncționali mai noi, cum ar fi compușii poli-epoxidici și diizocianatul de hexametilenă. Printre alți agenți de reticulare moderni se numără reticulanții de lungime zero, cum ar fi azidele de acil și carbodiimidele (Khor, 1997). Chiar dacă reticulația cu glutaraldehidă este încă utilizată pentru stabilizarea scheletelor biologice, sunt în curs de dezvoltare noi metode de reticulație funcționale și posibil mai puțin citotoxice. Printre acestea se numără enzima transglutaminaza microbiană, compusul vegetal genipin și reticulația dendrimerică multifuncțională (Garcia et al., 2007b; Duan et al., 2007; Chang et al., 2002; Chan et al., 2008).
Se trece de la utilizarea bioprotezelor nedegradabile destinate să dureze dincolo de durata de viață a pacientului la schele biodegradabile, care sunt concepute pentru a fi remodelate in vivo în timp pentru a repara organele deteriorate sau bolnave (Brody și Pandit, 2007; Badylak, 2007). Degradarea scheletelor ar trebui să fie controlată și să aibă loc în paralel pentru a se potrivi cu rata de regenerare a țesuturilor in vivo (Burugapalli et al., 2007). Schela biodegradabilă utilizată pentru ingineria tisulară trebuie, de asemenea, să asigure funcția necesară până când țesutul nou format poate prelua această funcție. Într-o schelă biodegradabilă idealizată, pe măsură ce celulele gazdă invadează și populează schela implantată, ele secretă o nouă matrice extracelulară pentru a înlocui schela originală care se degradează cu o rată predeterminată.
A fost demonstrat că rata de degradare in vitro și in vivo a unei schele biologice poate fi adaptată prin gradul de reticulare (Burugapalli et al., 2007). Liang et al. (2004) au examinat influența gradului de reticulare asupra răspunsului tisular și a modelului de regenerare prin utilizarea pericardului bovin acelular reticulat cu genipină. Într-un model de implantare subcutanată la șobolan, aceștia au constatat că pericardul bovin acelular nereticulat și cel puțin reticulat s-a degradat rapid înainte de a se putea produce o nouă formare de țesut. În schimb, în scheletul moderat reticulat și foarte reticulat, au fost observate noi formațiuni de colagen, deși, în cazul celui din urmă, acest proces a fost limitat la stratul exterior al scheletului datorită capacității sale mai mari de a rezista la degradare. Atunci când schele similare au fost implantate ca plasture vascular la un model canin (Chang et al., 2004), s-a constatat un strat intact de endoteliu pe suprafața interioară a grefei, împreună cu fibroblaste și celule musculare netede ale gazdei în grefa acelulară. Acest lucru s-a întâmplat într-o măsură mai mică în pericardul acelular bovin reticulat cu glutaraldehidă utilizat în cadrul studiului. Cu toate acestea, cu ambele tipuri de schele au fost observate îngroșarea intimă neintenționată și metaplazia condroidă. Într-un alt studiu, s-au utilizat pericardie bovină acelulară similară reticulată cu genipină pentru a repara defectele miocardice într-un model de ventricul drept de șobolan (Chang et al., 2005). Pe suprafața endocardică s-a constatat o îngroșare intimală acoperită cu celule endoteliale. Pe suprafețele exterioare ale grefei au fost observate, de asemenea, celule mezoteliale care se crede că rezistă la aderență. Celule musculare netede, fibre neomusculare, neocolagen, neoglicozaminoglicani și neocapilare au fost observate în interiorul schelei la patru săptămâni după implantare.
Gelatina a fost utilizată ca biomaterial pentru repararea defectelor nervilor periferici (Mligiliche et al., 1999; Gamez et al., 2004). Scheletele degradabile pregătite din gelatină și reticulate cu genipină au fost utilizate ca material de umplere într-o cameră tubulară de silicon și au servit ca matrice extracelulară pentru a ghida regenerarea nervilor de-a lungul unei breșe de 10 mm a nervului sciatic la șobolani (Liu et al., 2004). S-a demonstrat că reziduul umpluturii a împiedicat migrarea și alungirea axonilor (Verdu et al., 2002), iar acest lucru a fost considerat a fi datorat timpului de degradare prelungit al umpluturii de gelatină (Bigi et al., 2002; Liu et al., 2004). Atunci când gelatina reticulată a fost utilizată pentru a servi drept conductă tubulară (în loc de material de umplere) pentru a acoperi lacune nervoase similare, s-au găsit fibre nervoase regenerate care conțineau în principal axoni nemielinizați cu celule Schwann înconjurătoare de-a lungul lacunei la șase săptămâni, când conducta a început să se degradeze și neovascularizarea a crescut (Chen et al., 2005). A existat, de asemenea, țesut cicatricial dens în zona exterioară a nervului regenerat. Un strat subțire de capsulă fibroasă a fost observat după implantarea subcutanată, împreună cu răspunsurile inflamatorii acute și cronice așteptate.
S-a constatat că concentrația de reticulat dictează degradarea in vivo atunci când schelele de gelatină reticulată-fosfat tricalcic au fost implantate subcutanat (Yao et al., 2004). Scheletul mai puțin reticulat a fost asociat cu o degradare mai mare, în timp ce scheletul puternic reticulat a prezentat o degradare minimă in vivo. Utilizarea unor cantități mai mari de reticulare a fost, de asemenea, asociată cu o creștere a formării capsulei fibroase a implantului, care a fost atribuită citotoxicității reticulatei. Atunci când schele similare au fost implantate pentru a repara defecte osoase calvariale la iepuri, autorii au constatat că schelele s-au degradat treptat și au fost înlocuite cu os nou, chiar dacă acest proces a fost limitat doar la interfața os- schelă (Yao et al., 2005). Același compozit reticulat cu glutaraldehidă a indus un răspuns similar (Chen et al., 1998). A existat o degradare treptată a schelei compozite în timp, pe măsură ce schelele au fost înlocuite de os nou, iar matricea acelulară a fost așezată de la marginea defectului în sens centripet. În timp ce scheletul proiectat poate fi crucial, alți factori pot accelera procesul de vindecare. De exemplu, adăugarea terapiei cu oxigen hiperbaric a crescut foarte mult formarea de os nou, așa cum s-a demonstrat prin tehnici radiologice și histomorfometrice (Chen et al., 2004). Prezența factorilor bioactivi, cum ar fi BMP-2 într-o schelă degradabilă, a indus formarea de os ectopic pe cale subcutanată și intramusculară și a părut să accelereze resorbția datorită acțiunii osteoclastelor (Liang et al., 2005; Takahashi et al., 2005; Kato et al., 2006; Yoneda et al., 2005).
.