3-D printed recombinant collagen type 2 and calcium phosphate cement cartilage tissue scaffolds for joint cartilage defects

Osteokondral defektler hem eklem kıkırdağı hem de altta yatan kemik hasarını içeren karmaşık yapıları nedeniyle önemli bir klinik zorluk teşkil etmektedir. Bu zorluğun üstesinden gelmek için, her iki dokunun yapısını taklit eden ve osteokondral rekonstrüksiyon için potansiyel bir çözüm sunan çift fazlı iskeleler geliştirilmiştir. Bununla birlikte, eklem kıkırdağının avasküler ve düşük hücre yoğunluğu özellikleri doğal iyileşmesini engellemekte, besin temini ve atıkların uzaklaştırılması için alternatif yöntemler gerektirmektedir. Bu sınırlama, hücre dışı matriksindeki kondrosit eksikliği ile birleştiğinde, yenilikçi yaklaşımlara duyulan ihtiyacın altını çizmektedir. Bu araştırmada, kemik ve kıkırdak dokularını ayrı ayrı taklit etmek için bifazik iskeleler tasarlanmıştır. Kıkırdak iskelesinin üst katmanı, aljinat ile birlikte, hayvan kaynaklı kolajenlere kıyasla daha az immünojenite riski taşıyan, hassas ve kontrol edilebilir bir malzeme olan rekombinant kolajenden oluşmuştur. Kemik mühendisliği için alt katman hem kemik hem de kıkırdak doku büyümesini destekleme kabiliyetiyle bilinen biyouyumlu, osteokondüktif ve biyoaktif bir malzeme olan kalsiyum fosfat çimentosundan (CPC) oluşmaktadır. Osteogenezi ve doku büyümesini teşvik etmek için yaklaşık 300 μm makro gözeneklere sahip CPC iskeleleri araştırıldı, bu nedenle birbirine bağlı makro gözeneklere sahip CPC iskeleleri oluşturmak için dolaylı 3D baskı yöntemi kullanıldı. Kıkırdak katmanı için sodyum aljinat ve rekombinant kolajen iskeleler tasarlanmış ve 3D olarak basılmıştır. Bu kalsiyum fosfat çimento iskeleleri ve rekombinant kolajen/aljinat iskeleler daha sonra adipoz kaynaklı mezenkimal kök hücreler (ADMSC'ler) kullanılarak in vitro osteokondrojenik ve kondrojenik farklılaşma potansiyelleri açısından ayrı ayrı test edilmiştir. Mekanik özellikler, hücre canlılığı, proliferasyon, morfoloji ve farklılaşma özellikleri dahil olmak üzere çeşitli yönleri kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Çalışma bulguları, bifazik kalsiyum fosfat kemik çimentosu ve rekombinant kolajen/aljinat iskelelerin kombinasyonunun osteokondral defektlerin onarımı için umut vaat ettiğini göstermektedir. Bu yaklaşım, subkondral kemiğe benzer mekanik destek sağlarken, kıkırdak onarımı için kondrojenik bir iskele sunarak, osteokondral defektler için gelişmiş rejeneratif stratejilere değerli bilgiler katmakta ve klinik ortamlarda hastaları iyileştirmesi umut edilmektedir.