Perancah menyediakan sel benih dengan tempat untuk pertumbuhan, reproduksi, metabolisme dan pertukaran bahan, dan dapat secara efektif mengontrol posisi pertumbuhan sel yang ditransplantasikan: perancah dapat memandu regenerasi jaringan, dan ukuran serta bentuknya memiliki dampak penting pada struktur dan fungsi jaringan; perancah dapat memberikan dukungan mekanis untuk jaringan yang baru lahir, menahan tekanan eksternal, dan mempertahankan bentuk asli dan integritas jaringan jaringan; selain itu, perancah juga dapat berfungsi sebagai perancah aktif. Selain itu, perancah juga dapat bertindak sebagai pembawa faktor aktif, memperlambat pelepasan beberapa zat bioaktif seperti faktor pertumbuhan, sekaligus mendorong pertumbuhan sel, proliferasi dan diferensiasi.
Penelitian dan pengembangan bahan perancah adalah kunci untuk rekayasa jaringan. Makalah ini mengulas hasil penelitian saat ini tentang tendon rekayasa jaringan, dengan fokus pada perancah seluler, memperkenalkan karakteristik perancah yang ideal, pengembangan bahan perancah dan pengembangan proses pembuatan perancah, dan menyediakan lingkungan hidup yang paling cocok untuk sel tendon melalui pertimbangan komprehensif perancah, sel benih dan faktor pertumbuhan, sehingga tendon rekayasa jaringan akan menjadi metode yang ideal dan andal untuk memperbaiki cacat tendon.
Cacat tendon adalah salah satu kondisi klinis yang paling umum. Cedera tendon yang tidak diperbaiki tepat waktu, sering mengakibatkan disfungsi anggota tubuh atau bahkan cacat. Oleh karena itu, perbaikan bedah dan rekonstruksi fungsional cedera atau cacat tendon merupakan salah satu topik penelitian yang paling penting dalam bedah bedah.
Cedera tendon dapat dibagi ke dalam dua kategori utama: tidak cacat dan cacat. Untuk tendon yang cacat, tersedia perawatan berikut ini:
1) Pencangkokan tendon autologus untuk memperbaiki cacat tendon;
2) pencangkokan tendon alogenik;
3) cangkok tendon alogenik; 4) pengganti tendon buatan. Dengan perkembangan teknologi kultur sel dan teknologi transplantasi serta ilmu biomaterial, pengganti tendon ideal yang baru, tendon buatan yang direkayasa jaringan, akhirnya akan memecahkan masalah perbaikan tendon yang rusak.
1. Karakteristik perancah sel tendon yang direkayasa jaringan
Cangkok in vivo yang ideal harus memenuhi poin-poin berikut ini.
(1) Bahan perancah sel harus tidak beracun dan memiliki biokompatibilitas yang baik;
(2) Bahan harus dapat terurai secara hayati, mampu secara bertahap didegradasi dan dimetabolisme secara in vivo saat sel berkembang biak, dan kemudian diserap;
(3) Produk degradasi bahan harus tidak beracun dan memiliki biokompatibilitas yang baik dan tidak akan memiliki efek buruk pada jaringan dan organisme;
(4) Materi harus memiliki sifat pemrosesan yang baik dan dapat diproses menjadi bentuk dan struktur yang diinginkan;
(5) Perancah harus memiliki struktur pori terbuka dan ukuran pori harus memenuhi persyaratan tertentu;
(6) Perancah harus memiliki bentuk dan ukuran yang sama dengan jaringan atau organ yang akan diregenerasi atau diperbaiki;
(7) Perancah harus memiliki afinitas seluler yang baik, cocok untuk adhesi sel, proliferasi dan sekresi matriks;
(8) Perancah harus memiliki sifat mekanis tertentu, termasuk kekuatan, fleksibilitas, dll.;
(9) Perancah harus mampu menahan sterilisasi tanpa perubahan fisik, kimiawi atau biologis yang berlaku dalam kondisi sterilisasi konvensional;
(10) Perancah tidak hanya harus mempertahankan bentuknya selama operasi kultur sel, tetapi juga tahan terhadap operasi bedah di dalam tubuh yang diimplan untuk memastikan bahwa perancah tidak akan pecah selama operasi, cocok dengan tubuh dan tidak membentuk kerusakan mekanis pada jaringan tubuh.
2. Bahan-bahan perancah
2.1 Kolagen
Kolagen adalah komponen utama dari matriks ekstraseluler (ECM); kolagen dapat diekstraksi dari tulang dan fasia hewan melalui sejumlah proses seperti perebusan dan hidrolisis. Selama evolusinya, kolagen telah mempertahankan urutan asam amino aslinya, menjadikannya bahan perancah non-antigenik, in vivo yang biokompatibel dan permeabel; dan karena jaringan tendon sebagian besar terdiri atas bundel tebal serat kolagen yang tersusun secara paralel, orientasinya sesuai dengan gaya traksi yang menjadi sasarannya.
Serat kolagen kuat dan tahan terhadap traksi; selain itu, serat kolagen mengandung urutan sinyal adhesi sel mereka sendiri yang memandu sel untuk mengenali bahan perancah secara spesifik; serat kolagen kuat dan tahan terhadap traksi; metode persiapan telah dikembangkan selama bertahun-tahun dan sudah mapan dan tersedia secara komersial, dan telah disetujui oleh FDA untuk penggunaan yang sukses sebagai perancah matriks ekstraseluler untuk tendon rekayasa jaringan. Bellincampi dkk. menggunakan sel tendon autologus yang diinokulasi dengan perancah kolagen dan ditanamkan pada sendi lutut dan secara subkutan pada kelinci, dan kompleksnya masih terlihat setelah 8 minggu. Mereka menemukan bahwa tendon yang diberi MSC lebih tebal dan memiliki perakitan serat kolagen yang lebih baik, karakteristik sendi dan sifat pemuatan daripada kelompok kontrol.
Award menggunakan kolagen tipe I sebagai perancah dan ditanamkan kembali ke dalam defek tendon autologus, sedangkan kelompok kontrol ditanamkan kembali dengan kolagen tipe I saja. Setelah 4 minggu, efek biomekanik kelompok eksperimen ditemukan secara signifikan lebih baik daripada kelompok kontrol, tetapi tidak ada perbedaan yang signifikan antara pemeriksaan histologis dan kelompok kontrol.
2.2 Fibronektin (FN)
Ini ditemukan terutama dalam matriks ekstraseluler (yaitu tipe seluler), tetapi juga dalam darah (disebut tipe plasma) dan termasuk dalam kelompok glikoprotein. Sebagai komponen utama dari matriks ekstraseluler, FN memainkan peran penting dalam banyak proses biologis, seperti adhesi sel, proliferasi dan diferensiasi sel, pembentukan sitoskeleton dan apoptosis, dan juga terlibat dalam berbagai proses patologis dalam tubuh, termasuk penyembuhan luka dan peradangan.
Gel fibrin adalah gel retikulasi tiga dimensi dengan plastisitas, adhesi, degradabilitas dan biokompatibilitas, yang dibentuk oleh polimerisasi monomer fibrin di bawah aksi trombin, yang memperlambat agregasi trombin dan oleh karena itu transformasinya dari cairan menjadi gel, memberikan waktu yang cukup untuk pembentukan gel. Gel fibrin melepaskan faktor pertumbuhan yang diturunkan dari trombosit (PDG F) dan mengubah faktor pertumbuhan β (TG F-β) selama polimerisasi, yang memiliki efek kemotaktik dan mitogenik dan selanjutnya meningkatkan proliferasi sel, adhesi dan sekresi matriks. Namun demikian, ini tidak memberikan kekuatan mekanis yang memadai, yang merupakan kelemahan umum biomaterial alami, dan penggunaannya dibatasi oleh fakta bahwa ini berasal dari darah, yang sulit diperoleh.
2.3 Serat kalsium polifosfat (CPFF)
CPFF terbuat dari kalsium dihidrogen fosfat atau kalsium metafosfat sebagai bahan baku utama. Ini dibuat dengan menggambar larutan tinggi menjadi bahan anorganik berserat. Serat ini memiliki penampilan berserat dan sifat mekanis yang mirip dengan serat karbon, tetapi histokompatibilitas dan degradabilitasnya secara signifikan lebih baik daripada serat karbon, dan dapat menjadi bahan baru yang ideal untuk membangun perancah komposit untuk rekayasa jaringan tendon di masa depan. Changqing et al [5] secara eksperimental menunjukkan bahwa. Ini dapat terdegradasi dalam larutan berair secara in vitro. Proses degradasi adalah hidrolisis. daripada degradasi enzimatik. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa CPPF benar-benar terdegradasi secara in vivo dalam waktu sekitar 16-20 minggu. Serat juga dapat didegradasi secara terkendali dengan menyesuaikan rasio komponen bahan baku sintetis.
2.4 Asam poli-alfa-hidroksi
Asam polialpha-hidroksi termasuk asam polilaktik (PLA), asam polihidroksiasetat (PGA) dan kopolimernya PLGA, PDLA, PLLA, PDLLA, yang memiliki tiga bentuk struktural utama (perancah berserat, busa berpori, struktur tubular); produk degradasi PLA dan PGA masing-masing adalah asam laktat dan asam hidroksiaasetat, yang merupakan metabolit perantara dari siklus asam rangkap tiga. Dengan biodegradabilitas dan kompatibilitas yang baik, mereka tidak menyebabkan reaksi inflamasi, kekebalan tubuh atau sitotoksik, dan sejauh ini merupakan biomaterial biodegradable yang paling banyak digunakan, yang telah banyak digunakan untuk rekayasa jaringan tulang, tulang rawan, pembuluh darah, saraf dan kulit.
Cao et al [7] menginokulasi sel tendon yang diperoleh dari jaringan tendon bahu betis dan lutut pada perancah PGA mesh seperti kabel dan menanamkannya di bawah kulit tikus telanjang setelah satu minggu kultur in vitro dan menemukan bahwa pada 12 minggu, jaringan tendon yang mirip dengan struktur tendon normal dapat dibentuk dengan tingkat sifat biomekanik tertentu. Kemudian, C ao et al [7] menggunakan sel tendon autologous + PGA + pembungkus biofilm untuk memperbaiki cacat tendon 4-cm dalam otot Leghorn dan menemukan bahwa tendon rekayasa jaringan yang ditanamkan mirip dengan tendon normal hanya dalam morfologi dan histologi kotor, dan bahwa sifat biomekaniknya 83% dari tendon normal.
PLGA, kopolimer PLA dan PGA, tidak hanya memiliki biokompatibilitas yang baik dan menginduksi transkripsi gen tertentu yang diregulasi, tingkat degradasinya juga dapat dikontrol dengan mengubah rasio PLA terhadap PGA, dan menggabungkan tingkat degradasi PGA yang tinggi dengan kekuatan PLA yang tinggi, sehingga PLGA juga dapat digunakan sebagai perancah seluler untuk tendon buatan.
Ouyang dan Goh dkk. juga menggunakan kompleks poli (asam laktat-ko-glikolat) dan poli (asam hidroksiaasetat) [PLGA] sebagai perancah dan mengimplan kembali ke dalam defek berukuran 10 mm pada tendon autologus, sedangkan kelompok kontrol diimplan dengan PLGA saja. Pada 8 minggu, sebagian besar material terdegradasi; pada 12 minggu, cacat diperbaiki dengan baik tanpa infiltrasi limfositik dan kekuatan biomekanik kelompok eksperimen secara signifikan lebih tinggi daripada kelompok kontrol, mendekati tendon normal. Hal ini sejalan dengan penelitian sebelumnya oleh Rodkey dkk. dan Sato dkk. yang menggunakan PGA/Dacron sebagai perancah.
3. Outlook
Bahan perancah sel rekayasa jaringan adalah fokus utama dan bidang penelitian yang sulit di Divisi Rekayasa Jaringan. Tanpa perancah yang sesuai, sel benih akan hilang dan mati. Bahan perancah rekayasa jaringan harus memiliki biokompatibilitas yang baik, biodegradabilitas, struktur tiga dimensi dan plastisitas dengan kekuatan mekanik yang cukup besar di samping aktivitas permukaan yang baik untuk memfasilitasi adhesi sel benih dan menyediakan lingkungan mikro yang baik bagi sel untuk tumbuh dan berkembang biak di permukaannya dan mengeluarkan matriks.
Untuk tendon, bahan perancah rekayasa jaringan saat ini lebih banyak diteliti sebagai bahan alami, bahan sintetis dan bahan komposit. Bahan alami seperti kolagen memiliki biokompatibilitas yang baik, tetapi menderita sifat mekanik yang buruk, degradasi terlalu cepat dan sifat pemrosesan dan pencetakan yang buruk; bahan sintetis seperti biokeramik dan polimer memiliki tingkat degradasi yang rendah, produk degradasi asam menyebabkan reaksi inflamasi dan sifat mekanik yang kecil; masalah-masalah ini dapat diatasi dengan prinsip dan metode bahan komposit, yaitu, dua atau lebih bahan biologis dengan karakteristik yang saling melengkapi, dalam rasio dan cara tertentu. Masalah-masalah ini dapat dipecahkan dengan prinsip dan metode komposit, di mana dua atau lebih bahan biologis dengan sifat-sifat yang saling melengkapi digabungkan dalam proporsi dan cara tertentu, dengan tujuan membangun bahan komposit baru yang dapat memenuhi persyaratan.
Rekayasa jaringan tendon memiliki persyaratan yang tinggi untuk bahan perancah, dan pengembangan bahan komposit akan terus menjadi hotspot untuk penelitian di masa depan. Penelitian lebih lanjut diperlukan dalam proses persiapan, desain, dan optimasi kombinasi sifat-sifat, yang merupakan salah satu arah utama untuk pengembangan bahan rekayasa jaringan di masa depan.