Decellularized liver extracellular matrix as a 3D scaffold for bioengineering applications
Tid: Fr 2022-12-02 kl 10.00
Plats: Karolina, Widerströmska huset, Tomtebodavägen 18a, Solna
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/69659607478
Språk: Engelska
Ämnesområde: Bioteknologi
Respondent: Vamakshi Khati , Nanobioteknologi, Science for Life Laboratory, SciLifeLab
Opponent: Associate professor Ana Teixeira, Department of Medical Biochemistry and Biophysics, Karolinska Institutet
Handledare: Professor Aman Russom, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Nanobioteknologi; Universitetslektor Håkan Jönsson, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Proteinvetenskap, Nanobioteknologi; Doktor Giulia Gaudenzi, Nanobioteknologi, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Karolinska Institutet
QC 2022-11-08
Abstract
Den global ökningen av skrumplever, eller levercirros, har ökat behovet av levertransplantationer, det definitiva botemedlet. Det finns dock en stor skillnad mellan antalet organdonatorer och antalet patienter som väntar på transplantation. Detta leder till att många patienter på väntelistan dör i väntan på transplantation, eftersom endast 10 % behovet tillgodoses. Vävnadsrekonstruktion av levervävnad erbjuder en alternativ lösning på detta problem, som använder bioteknik för att skapa en rätt mikromiljö för levercellergenom att bädda in dem i en leverspecifik s.k extracellulär matris (ECM). Trots många framsteg är tillgången på lämpliga ECM-liknande biomaterial med goda mekaniska egenskaper för vävnadsrekonstruktion fortfarande begränsad. Därför har vi studerat olika biotekniska tillverkningsmetoder, t ex bioprinting och ramverk av biomaterial för att simulera leverns mikroarkitektur.
Denna avhandling presenterar utvecklingen och tillämpningen av ett gelmaterial tillverkat av extracellulär matrix från lever (artikel 1-3) kombinerat med levercellinjen HepG2 (artikel 4) eller leverliknande celler, för vävnadsrekonstruktion. Efter att levercellerna avlägsnats behåller leverns extracellulära matrix (dLM) leverspecifika komponenter som kan styra celltillväxt och funktioner. I 3D bioprinting kan en robust dLM-baserad hydrogel användas för att skapa en leverliknande mikroarkitektur. Dessutom bibehålls den naturliga 3D-arkitekturen och kärlstrukturen hos leverns ECM och kan inympas med önskvärda celler. I artikel I modifierades dLM-hydrogel från gris med gelatin och en PEG-baserad tvärbindare för att resultera i ett robust biobläck för 3D utskrifter med en goda mekaniska egenskaper, jämfört med omodifierad dLM hydrogel. Detta arbete etablerade användningen av dLM för nya tillverkningsmetoder för utskriven vävnad t ex Indirekt bioprinting, där en offer-biopolymer 3D-printas och vävnads-ramverket därefter läggs till. I artikel II användes ett 3D-utskrivet ramverk av polyvinylalkohol som tillfällig gjutform för en modifierad dLM-hydrogel. dLM-hydrogelen stelnade på PVA-strukturen, där lever- och fibroblastceller kunde odlas. PVAt löstes upp när cellodlingsmedia tillsattes, och lämnade efter sig en rekonstruerad vävnadsstruktur. I artikel III studerades en nanocellulosabelagd sfäroidmodell av lever- och tjocktarms celler innehållande dLM för läkemedelsscreening. I artikel IV utfördes den funktionella differentiering av stamceller från fostervatten till lever-liknande celler i ett vävnadsramverk från råtta i en perfusionsbioreaktor med dynamisk syresättning och mediautbyte.
Sammanfattningsvis presenterar denna avhandling olika biotekniska metoder såsom 3D bioprinting och perfusionsdecellularisering, för att studera 3D ramverk för vävnadsrekonstruktion av dLM, och odling av celler i dessa. Vi har framgångsrikt modifierat och karakteriserat dLM-hydrogelen för att förbättra dess 3D utskriftsegenskaper i komplexa strukturer som leverlobuli och mikrokanaler. Vi använde olika cellsystem inklusive monokultur, samodling och sfäroider för att karakterisera celltillväxt och leverspecifika funktioner i dLM-ramverket. Utvecklingen av dLM som biomaterial att kommer att öka förutsättningarna för vävnadsrekonstuktion för att skapa uppskalade organmodeller för läkemedelstestning och organtransplantation.