Абстрактный

Морской коллаген, полученный из чешуи, кожи и костей рыб, широко исследовался на предмет применения в качестве основы и носителя из-за его биоактивных свойств, включая превосходную биосовместимость, низкую антигенность и высокую способность к биоразложению и потенциал роста клеток. Коллаген рыб типа I представляет собой эффективный материал в качестве биоразлагаемого каркаса или спейсера, воспроизводящего естественный внеклеточный матрикс, который служит для пространственной организации клеток, обеспечивая их сигналами окружающей среды и направляя сайт-специфическую клеточную регуляцию. Это исследование было проведено для подтверждения безопасности ателоколлагена рыб (тилапии) для использования в клинических целях. Мы выполняли in vitro и in vivoбиологические исследования медицинских материалов для изучения безопасности рыбьего коллагена. Экстракт геля рыбьего коллагена исследовали на предмет его стерильности. Все существующие тесты на стерильность в отношении бактерий и вирусов (включая эндотоксин) дали отрицательные результаты, а все оценки клеточной токсичности, сенсибилизации, хромосомных аберраций, внутрикожных реакций, острой системной токсичности, пирогенных реакций и гемолиза были отрицательными в соответствии с критериями ISO и Министерство здравоохранения, труда и социального обеспечения Японии. Настоящее исследование продемонстрировало, что ателоколлаген, полученный из тилапии, является многообещающим биоматериалом для использования в качестве основы в регенеративной медицине.

Введение

Регенеративная медицина состоит из трех компонентов: клетки, питательные вещества (факторы роста, цитокины, химические вещества и т. Д.) И материалы каркаса [ 1 ]. Комбинированное применение этих компонентов важно. Что касается производства строительных лесов, использование биоактивных природных органических материалов, происходящих из морских продуктов, является незаменимым, поскольку тяжелые инфекции (зооноз), включая губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота, птичий и свиной грипп, а также заболевания зубов и рта у крупного рогатого скота, свиней и буйволы, встречаются по всему миру. Морской коллаген, полученный из чешуи, кожи и костей рыб, широко исследовался на предмет его потенциального применения в качестве материала каркаса и носителя из-за его биоактивных свойств, таких как превосходная биосовместимость, низкая антигенность и высокая способность к биологическому разложению и потенциалу роста клеток [2 , 3 ]. Поскольку рыбный коллаген (FC) обычно имеет низкую дегенеративную температуру ( ), он плавится при контакте с человеческим телом для клинического применения, что затрудняет обращение с этим биоматериалом in vivo при реальных физических температурах, используемых в медицине для человека. Считается, что низкая стабильность FC связана с низким содержанием гидроксипролина по сравнению с тем, что наблюдается в бычьем коллагене [ 4 ]. Недавно наша лаборатория показала, что содержание коллагена, извлеченного и очищенного из кожи тропической рыбы, тилапии, составляет 35-36 ° C (неопубликованные данные). Таким образом, считается, что коллаген тилапии является мощным кандидатом для использования в создании клинической основы в качестве альтернативы бычьему коллагену.

Целью этого исследования было подтвердить безопасность ФК для использования в клинической практике. Мы провели биологические исследования медицинских материалов in vitro и in vivo для изучения безопасности FC. FC используется в качестве раствора для стимулирования суспензии стволовых клеток. Поэтому экстракт геля FC был исследован для выяснения его стерильности. Кроме того, были проведены биологические исследования низких концентраций раствора FC в соответствии со стандартами ISO.

Обсуждение

FC, поставляемый производителем, получали путем экстракции с использованием пепсина в уксусной кислоте и фильтровали через фильтр 0,45  мкм (личное сообщение). FC, используемый в этом исследовании, может стабильно поставляться круглый год. Конечная концентрация была приготовлена ​​на чистом столе в нашей лаборатории. Все имеющиеся тесты на стерильность бактерий и вирусов (включая эндотоксин) были отрицательными. Поэтому процесс приготовления ФК считается приемлемым для клинического применения. Что касается сохранения FC, предварительное исследование показало, что FC был стабилен более шести месяцев в замороженных условиях при -20 ° C. Перед использованием замороженный ФК выдерживали в холодильнике от четырех до пяти часов.

Основная причина использования коллагена - его превосходная биосовместимость, низкая антигенность [ 9 ], а также высокие свойства прямой клеточной адгезии и биоразлагаемости по сравнению с хитином / хитозаном и синтетическими полимерами [ 10].]. Это первое исследование по изучению биологической безопасности FC в соответствии со стандартами ISO. Все тесты на клеточную токсичность, сенсибилизацию, хромосомные аберрации, внутрикожные реакции, острую системную токсичность, пирогенные реакции и гемолиз были отрицательными в соответствии с критериями ISO и Министерства здравоохранения, труда и социального обеспечения Японии. Эти результаты обусловлены длительной стерильностью материала, завершением гелеобразования в течение 15 минут при 37 ° C, а также надлежащими и достаточными ателокондиционерами. Кратковременное гелеобразование раствора FC также подходит для тестов экстракции. Коллаген рыб типа I является эффективным материалом для биоразлагаемого каркаса или спейсера, воспроизводящего естественный внеклеточный матрикс, который служит для пространственной организации клеток,11 , 12 ].

3D-культуры более физиологически актуальны, чем обычные 2D-культуры, основанные на посеве клеток на пластиковые чашки [ 13 , 14 ]. В результате 3D-культуры позволяют изучать физиологические процессы, которые невозможно изучить в 2D-культурах, включая дифференцировку [ 15 ] и морфогенез [ 16 , 17 ]. Система трехмерных культур клеток, использованная в этом исследовании, четко показала высокий уровень прямой клеточной адгезии с гелем FC в качестве каркаса с большей степенью дифференцировки остеобластов для минерализации, что указывает на высокую возможность клинического применения FC.

В заключение, хотя необходимы дальнейшие исследования, особенно эксперименты с использованием крупных животных, для оценки клинической пригодности FC, ателоколлаген, полученный из тилапии, является очень многообещающим биоматериалом для использования в качестве основы в регенеративной медицине.