Evaluation of structural and biological characteristics of decellularized Wharton's jelly from human umbilical cord

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Introduction. Wharton's jelly of the human umbilical cord is a connective tissue of extraembryonic origin that maintains characteristics of the embryonic phenotype, including the capacity for rapid tissue regeneration and scar-free healing of fetal wounds. Decellularization refers to the removal of cells and cellular components from biological tissues while preserving the essential structural and compositional features of the extracellular matrix.

The aim of the work was to evaluate the structural and biological characteristics of the decellularized extracellular matrix from Wharton's jelly of the human umbilical cord.

Material and methods. Decellularization was performed by a detergent method using a sterile solution of sodium dodecyl sulfate at a concentration of 0.01% for 24 h at room temperature. The component composition of Wharton's jelly of the human umbilical cord before and after the decellularization process was assessed using spectral analysis methods. To study the biological characteristics of the decellularized extracellular matrix from Wharton's jelly of the human umbilical cord, the MTT test and the subcutaneous implantation model in mice were used.

Results. The content of total collagen by hydroxyproline in Wharton's jelly of the human umbilical cord before decellularization ranged from 244.8 to 507.2 μg/mg, and after – from 398.9 to 777.3 μg/mg, hyaluronic acid and sulfated glycosaminoglycans – from 11.5 to 16.5 and from 16.1 to 22.5 μg/mg before decellularization and from 15.6 to 22.1 and from 25.6 to 29.6 μg/mg after decellularization, respectively. Multiple collagen types (I, III, IV, V, VI, XII), as well as fibronectin, lumican, decorin, biglycan, and tenascin were identified in Wharton's jelly of the human umbilical cord. The absence of cytotoxicity of model media based on extracts from decellularized extracellular matrix from Wharton's jelly of the human umbilical cord was revealed. No signs of rejection or enhanced cellular inflammatory response were observed during subcutaneous implantation in mice.

Conclusions. The practical possibility of developing a drug and/or medical device for regenerative medicine based on decellularized extracellular matrix from Wharton's jelly of the human umbilical cord was demonstrated.

Sobre autores

D. Tovpeko

S.M. Kirov Military Medical Academy

Autor responsável pela correspondência
Email: tovpeko.dmitry@gmail.com
ORCID ID: 0000-0003-0286-3056
Código SPIN: 3698-4656

Junior Researcher, Research Laboratory (Military Therapy) of the Research Department (Experimental Medicine) of the Research Center

Rússia, Academician Lebedev st., 6, lit. G, Saint Petersburg, 194044

A. Kondratenko

S.M. Kirov Military Medical Academy; Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: kondraa24@gmail.com
ORCID ID: 0000-0002-8511-5864
Código SPIN: 1668-3497

Ph.D. (Biol.), Researcher, Research Laboratory (Cellular Technologies) of the Research Department (Medical and Biological Research) of the Research Center, Senior Lecturer, Department of Histology and Embryology named after Professor A.G. Knorre

Rússia, Academician Lebedev st., 6, lit. G, Saint Petersburg, 194044; Litovskaya st., 2, Saint Petersburg, 194100

M. Okolitenko

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: matveyoko@mail.ru
ORCID ID: 0009-0002-4011-1699
Código SPIN: 4319-3889

Cadet, Faculty 3 (Training of Doctors for the Aerospace Forces)

Rússia, Academician Lebedev st., 6, lit. G, Saint Petersburg, 194044

D. Raguzina

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: daryavyacheslavovna@inbox.ru
ORCID ID: 0009-0008-0526-5557
Código SPIN: 9154-8250

Junior Researcher, Research Laboratory (Water and Food Expertise) of the Research Department (Food and Water Supply) of the Research Center

Rússia, Academician Lebedev st., 6, lit. G, Saint Petersburg, 194044

B. Zakopayko

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: bogdanzakopayko@gmail.com
ORCID ID: 0009-0004-9762-0886
Código SPIN: 1589-8989

Junior Researcher, Research Laboratory (Military Therapy) of the Research Department (Experimental Medicine) of the Research Center

Rússia, Academician Lebedev st., 6, lit. G, Saint Petersburg, 194044

A. Mittenberg

S.M. Kirov Military Medical Academy; Institute of Cytology

Email: a.mittenberg@gmail.com
ORCID ID: 0000-0002-3675-0597
Código SPIN: 4791-0747

Ph.D. (Biol.), Senior Researcher, Research Laboratory (Cellular Technologies) of the Research Department (Medical and Biological Research) of the Research Center, Leading Researcher, Head of the Proteomics and Mass Spectrometry Group of the Center for Cellular Technologies

Rússia, Academician Lebedev st., 6, lit. G, Saint Petersburg, 194044; Tikhoretsky pr., 4, Saint Petersburg, 194064

S. Shabelnikov

Institute of Cytology

Email: buddasvami@gmail.com
ORCID ID: 0000-0002-5693-5310
Código SPIN: 1951-4801

Ph.D. (Biol.), Senior Researcher, Proteomics and Mass Spectrometry Group of the Center for Cellular Technologies

Rússia, Tikhoretsky pr., 4, Saint Petersburg, 194064

E. Lapina

Institute of Cytology

Email: kathie.lap@yandex.ru

Senior Research Assistant, Cellular Biotechnology Laboratory of the Center for Cellular Technologies

Rússia, Tikhoretsky pr., 4, Saint Petersburg, 194064

E. Alexander-Sinclair

Institute of Cytology

Email: elga.aleks@gmail.com
ORCID ID: 0000-0001-6704-3062
Código SPIN: 2548-5932

Researcher, Cellular Biotechnology Laboratory of the Center for Cellular Technologies

Rússia, Tikhoretsky pr., 4, Saint Petersburg, 194064

D. Zemlyanoy

Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: zemlianoj@mail.ru
ORCID ID: 0000-0003-4716-809X
Código SPIN: 3871-7531

Ph.D. (Med.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of General Hygiene

Rússia, Litovskaya st., 2, Saint Petersburg, 194100

E. Bagramyan

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: elin.bagramian@yandex.ru
ORCID ID: 0009-0009-8650-2426

Post-Graduate Student, Department of Obstetrics and Gynecology

Rússia, Academician Lebedev st., 6, lit. G, Saint Petersburg, 194044

V. Chernov

S.M. Kirov Military Medical Academy; Agrophysical Research Institute

Email: vechernov@mail.ru
ORCID ID: 0000-0002-2440-3782
Código SPIN: 8315-1161

Ph.D. (Biol.), Senior Researcher, Research Laboratory (Cellular Technologies) of the Research Department (Medical and Biological Research) of the Research Center, Senior Researcher, Department of Plant Light Physiology and Bioproductivity of Agroecosystems

Rússia, Academician Lebedev st., 6, lit. G, Saint Petersburg, 194044; Grazhdanskiy pr., 14, Saint Petersburg, 195220

L. Kalyuzhnaya

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: terrestra@mail.ru
ORCID ID: 0000-0001-6698-4872
Código SPIN: 1348-3306

Dr.Sc., (Med.), Senior Researcher, Research Laboratory (Tissue Engineering) of the Research Department (Medical and Biological Research) of the Research Center

Rússia, Academician Lebedev st., 6, lit. G, Saint Petersburg, 194044

Bibliografia

  1. Yi S., Ding F., Gong L., Gu X. Extracellular matrix scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine. Current stem cell research & therapy. 2017; 12(3): 233–246. doi: 10.2174/1574888X11666160905092513.
  2. Vilaça-Faria H., Noro J., Reis R. L., Pirraco R. P. Extracellular matrix-derived materials for tissue engineering and regenerative medicine: A journey from isolation to characterization and application. Bioactive materials. 2024; 34: 494–519. doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.01.004.
  3. Kočí Z., Výborný K., Dubišová J. et al. Extracellular matrix hydrogel derived from human umbilical cord as a scaffold for neural tissue repair and its comparison with extracellular matrix from porcine tissues. Tissue engineering. Part C, Methods. 2017; 23(6): 333–345. doi: 10.1089/ten.TEC.2017.0089.
  4. Beiki B., Zeynali B., Seyedjafari E. Fabrication of a three dimensional spongy scaffold using human Wharton's jelly derived extra cellular matrix for wound healing. Materials science & engineering. C, Materials for biological applications. 2017; 78: 627–638. doi: 10.1016/j.msec.2017.04.074.
  5. Protzman N. M., Mao Y., Long D. et al. Placental-derived biomaterials and their application to wound healing: a review. Bioengineering (Basel, Switzerland). 2023; 10(7): 829. doi: 10.3390/bioengineering10070829.
  6. Kang S., Shi X., Chen Y. et al. Injectable decellularized Wharton's jelly hydrogel containing CD56+ umbilical cord mesenchymal stem cell-derived exosomes for meniscus tear healing and cartilage protection. Materials today. Bio. 2024; 29: 101258. doi: 10.1016/j.mtbio.2024.101258.
  7. Neto A. E., Foltz K. M., Fuchs T. et al. Decellularized Wharton's jelly and amniotic membrane demonstrate potential therapeutic implants in tracheal defects in rabbits. Life (Basel, Switzerland). 2024; 14(6): 782. doi: 10.3390/life14060782.
  8. Fu Y. S., Tsai S. W., Tong Z. J. et al. Wharton's jelly of the umbilical cord serves as a natural biomaterial to promote osteogenesis. Biomaterials Science. 2024; 12(24): 6284–6298. doi: 10.1039/d3bm02137h.
  9. Товпеко Д. В., Кондратенко А. А., Калюжная Л. И. и др. Биотехнологический бесклеточный неиммуногенный продукт сохраняет основные регенеративные структурные компоненты пуповины человека. Биотехнология. 2023; 39(1): 49–59. [Tovpeko D. V. Kondratenko A. A. Kalyuzhnaya L. I. et al. Biotechnological cell-free non-immunogenic product preserves the main regenerative structural components of the human umbilical cord. Biotekhnologiya. 2023; 39(1): 49–59. (In Russ.)] doi: 10.56304/S0234275823010118.
  10. Патент РФ на изобретение RU 2795904 C1. Калюжная-Земляная Л. И., Товпеко Д. В., Кондратенко А. А. и др. Способ изготовления бесклеточного матрикса из пуповины человека для создания высокорегенеративного раневого покрытия. 2023. [Patent RF na izobretenie RU 2795904 С1. Kalyuzhnaya-Zemlyanaya L.I., Tovpeko D.V., Kondratenko A.A. et al. Method for manufacturing cell-free matrix from human umbilic cord to create highly generative wound covering. 2023. (In Russ.)].
  11. Игнатьева Н. Ю., Данилов Н. А., Аверкиев С. В. и др. Определение гидроксипролина в тканях и оценка содержания в них коллагена. Журнал аналитической химии. 2007; 62(1): 59–65. [Ignat’eva N.Yu., Danilov N.A., Averkiev S.V. et al. Determination of hydroxyproline in tissues and the evaluation of the collagen content of the tissues. Zhurnal analiticheskoj himii. 2007; 62(1): 59–65. (In Russ.)].
  12. Iimaa T., Ikegami Y., Bual R. et al. Analysis of sulfated glycosaminoglycans in ECM Scaffolds for tissue engineering applications: modified alcian blue method development and validation. Journal of functional biomaterials. 2019; 10(2): 19. doi: 10.3390/jfb10020019
  13. Crapo P. M., Gilbert T. W., Badylak S. F. An overview of tissue and whole organ decellularization processes. Biomaterials. 2011; 32(12): 3233–3243. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.01.057.
  14. Keller S., Liedek A., Shendi D. et al. Eclectic characterisation of chemically modified cell-derived matrices obtained by metabolic glycoengineering and re-assessment of commonly used methods. RSC advances. 2020; 10(58): 35273–35286. doi: 10.1039/d0ra06819e.
  15. Tarnutzer K., Siva Sankar D., Dengjel J., Ewald C. Y. Collagen constitutes about 12% in females and 17% in males of the total protein in mice. Scientific reports. 2023; 13(1): 4490. doi: 10.1038/s41598-023-31566-z.
  16. Capella-Monsonís H., Coentro J. Q., Graceffa V. et al. An experimental toolbox for characterization of mammalian collagen type I in biological specimens. Nature protocols. 2018; 13(3): 507–529. doi: 10.1038/nprot.2017.117.
  17. Yang P., Lu Y., Gou W. et al. Glycosaminoglycans' ability to promote wound healing: from native living macromolecules to artificial biomaterials. Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany). 2024; 11(9): e2305918. doi: 10.1002/advs.202305918.
  18. Leahy T. P., Fung A. K., Weiss S. N. et al. Investigating the temporal roles of decorin and biglycan in tendon healing. Journal of orthopaedic research: official publication of the Orthopaedic Research Society. 2023; 41(10): 2238–2249. doi: 10.1002/jor.25590.
  19. Karamanou K., Perrot G., Maquart F. X., Brézillon S. Lumican as a multivalent effector in wound healing. Advanced drug delivery reviews. 2018; 129: 344–351. doi: 10.1016/j.addr.2018.02.011.
  20. Кузьмичева В. И., Волова Л. Т., Гильмиярова Ф. Н. и др. Фибробласты как объект изучения пролиферативной активности in vitro. Наука и инновации в медицине. 2020; 5(3): 210–215. [Kuzmicheva V. I., Volova L. T., Gilmiyarova F. N. et al. Fibroblasts as the subject of proliferative activity research in vitro. Science and Innovations in Medicine. 2020; 5(3): 210–215. (In Russ.)]. doi: 10.35693/2500-1388-2020-5-3-210-215.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Scheme for obtaining decellularized extracellular matrix from Wharton's jelly of the human umbilical cord

Baixar (70KB)
Metadados
3. Fig. 2. Hydroxyproline content (left) and calculated total collagen content using a coefficient of 0.135 (right) in Wharton's jelly of the human umbilical cord before and after the decellularization process

Baixar (124KB)
Metadados
4. Fig. 3. Content of hyaluronic acid (left) and sulfated glycosaminoglycans (right) in Wharton's jelly of the human umbilical cord before and after the decellularization process

Baixar (112KB)
Metadados
5. Fig. 4. Proteomic profile of Wharton's jelly of the human umbilical cord before and after the decellularization process

Baixar (76KB)
Metadados
6. Fig. 5. Viability of human dermal fibroblasts cultured in model media based on extracts from decellularized extracellular matrix from Wharton's jelly of the human umbilical cord added immediately after adhesion (left) and 24 h after cell adhesion (right) (Tukey's test: *** – p <0.0001, ** – p <0.001, * – p <0.1, ns – not significant compared to control)

Baixar (93KB)
Metadados
7. Fig. 6. Morphology of human dermal fibroblasts cultured in model media based on extracts decellularized extracellular matrix from Wharton's jelly of the human umbilical cord added immediately after adhesion (left) and 24 h after cell adhesion (right)

Baixar (327KB)
Metadados
8. Fig. 7. Decellularized extracellular matrix from Wharton's jelly of the human umbilical cord under mouse skin at different days after implantation. Hematoxylin and eosin staining

Baixar (3MB)
Metadados

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».