Regenerative properties of human extraembryonal organs in tissue engineering


Cite item

Full Text

Abstract

The characteristics of the umbilical cord extracellular matrix are discussed relatively of their potential use for tissue engineering. The purpose of this review is to assess the current knowledge about using of homologous biomaterials with regenerative properties to create bioengineered structures. One of the most important components of tissue engineering - matrix (scaffold), resident cells can migrate, attach to it and function. Due to their structure, matrices should be easily integrated into the patient’s tissue and provide conditions for cell growth and differentiation. The cells that populate the matrix in the bioreactor before the transplantation of this construction, or resident cells recruited into the transplanted extracellular matrix), and cell- matrix interactions are absolutely necessary components of tissue engineering. Available commercial bioengineering products made from mammalian tissues have certain advantages and significant disadvantages due to the risks of immunological reactions and transmission of infectious agents. The transplantation of products from xenogenic materials is prohibited by law in the Russian Federation. The donor material is limited, receipt of human cadaver material requires a long period of legal registration, which has a detrimental effect on the biomaterial. Therefore, finding a suitable homologous biomaterial is ongoing. Due to the peculiarities of the embryonic phenotype, extraembryonic tissues have special biological properties, one of which is the scarless healing of wounds. Low immunogenicity, optimal mechanical properties of extracellular matrix, presence of cell adhesion molecules and growth factors promoting regeneration provide anti-inflammatory, anti-fibrotic, anti- scarring properties for tissue engineering structures from umbilical cord and amniotic membrane. Umbilical cord and amnion due to the availability and non-invasiveness of obtaining from healthy young donors are an excellent source of homologous biomaterial for extracting matrices, cells and hydrogels for tissue engineering and regenerative medicine.

About the authors

L I Kalyuzhnaya

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mail.ru
Санкт-Петербург

O N Kharkevich

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mail.ru
Санкт-Петербург

A A Schmidt

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mail.ru
Санкт-Петербург

O V Protasov

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

Email: vmeda-nio@mail.ru
Санкт-Петербург

References

  1. Костюнина, В.С. Культуры мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга, пуповины и плаценты отличаются по уровню экспрессии генов цитокинов, под- держивающих гемопоэз / В.С. Костюнина [и др.] // Гены & Клетки. - 2015. - Т. Х. - № 1. - С. 61-68.
  2. Федеральный закон от 23.06.2016 N 180-ФЗ «О биомеди- цинских клеточных продуктах» // Росс. газета. - 2016. - № 139. - 28 июня.
  3. Achterberg, V.F. The nano-scale mechanical properties of the extracellular matrix regulate dermal fibroblast function / V.F. Achterberg [et al.] // J. Invest. Dermatol. - 2014. - Vol. 134, № 7. - P. 1862-72.
  4. Akita, S. Basic fibroblast growth factor in scarless wound healing / S. Akita [et al.] // Adv. Wound Care. - 2013. - Vol. 2, № 2. - P. 44-49.
  5. Armstrong, J.R. Ontogeny of the skin and the transition from scar- free to scarring phenotype during wound healing in the pouch young of a marsupial, Monodelphis domestica / J.R. Armstrong [et al.] // Dev. Biol. - 1995. - № 169. - P. 42-260.
  6. Barrientos, S. Growth factors and cytokines in wound healing / S. Barrientos [et al.] // Wound Repair Regen. - 2008. - Vol.16. - P. 585-601.
  7. Beiki, B. Fabrication of a three dimensional spongy scaffold using human Wharton’s jelly derived extra cellular matrix for wound healing / B. Beiki [et al.] // Materials science & Engi- neering. Materials For Biological Applications. - 2017. - Vol. 78. - P. 627-638.
  8. Brown, R.A. In the beginning there were soft collagenβcell gels: towards better 3D connective tissue models? / R.A. Brown // Exp. Cell Res. - 2013. - № 319. - P. 2460.
  9. Davis, G.E. Matricryptic sites control tissue injury responses in the cardiovascular system: relationships to pattern recognition receptor regulated events / G.E. Davis // J. Mol. Cell Cardiol. - 2010. - Vol. 48. - P. 454-460.
  10. Galili, U. Avoiding detrimental human immune response against Mammalian extracellular matrix implants / U. Galili // Tissue Eng. Part B Rev. - 2015. - Vol. 21, № 2. - P. 231-241.
  11. Jaimes-Parra, B.D. Membranes derived from human umbilical cord Wharton’s jelly stem cells as novel bioengineered tissue-like constructs / B.D. Jaimes-Parra [et al.] // Histology and histopa- tology. - 2018. - Vol. 33, № 2. - P. 147-156. ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ 4 (64) - 2018
  12. Koci, Z. Extracellular Matrix Hydrogel Derived from Human Umbilical Cord as a Scaffold for Neural Tissue Repair and Its Comparison with Extracellular Matrix from Porcine Tissues / Z. Koci [et al.] // Tissue Engineering Part C - Methods. - 2017. - Vol. 23, № 6. - P. 333 - 345.
  13. Kong, W. Germ plasm like Dot cells maintain their wound re- generative function after in vitro expansion / W. Kong [et al.] // Clin. Exp. Pharmacol. and Physiol. - 2010. - Vol. 37, № 4. - P. 136-144.
  14. Kulkarni, M.L. Absence of Wharton’s jelly around the umbilical arteries / M.L. Kulkarni [et al.] // Indian J. Pediatr. - 2007. - Vol. 74, № 8. - P. 787-789.
  15. Longaker, M.T. Adult skin wounds in the fetal environment heal with scar formation / M.T. Longaker [et al.] // Ann Surg. - 1994. - № 219. - P. 65-72.
  16. Murphy, S.V. 3D bioprinting of tissues and organs / S.V. Murphy // Nat. Biotechnol. - 2014. - Vol. 32. - P. 773-785.
  17. Sabapathy, V. Human Wharton’s Jelly Mesenchymal Stem Cells plasticity augments scar-free skin wound healing with hair growth / V. Sabapathy [et al.] // PLoS One. - 2014. - Vol. 9, № 4. - P. 93726.
  18. Satish, L. Cellular and molecular characteristics of scarless ver- sus fibrotic wound healing / L. Satish [et al.] // Dermatol. Res. Pract. - 2010. - P. 790234.
  19. Snyman, C. MMP-14 in skeletal muscle repair / C. Snyman [et al.] // J. Muscle Res Cell Motil. - 2015. - Vol. 36. - P. 215-225.
  20. Swinehart, I.T. Extracellular matrix bioscaffolds in tissue remodel- ing and morphogenesis / I.T. Swinehart [et al.] // Developmental Dynamics. - 2016. - Vol. 245. - P. 351-360.
  21. Tukmachev, D. Injectable Extracellular Matrix Hydrogels as Scaf- folds for Spinal Cord Injury Repair / D. Tukmachev [et al.] // Tissue Eng. - 2016. - Vol. 22. - P. 306-320.
  22. Wang, S. Smart hydrogels for 3D bioprinting / S. Wang [et al.] // Int. J. Bioprinting. - 2015. -Vol. 1, № 1. - P. 3-14.
  23. Wong, V.W. Focal adhesion kinase links mechanical force to skin fibrosis via inflammatory signaling / V.W. Wong [et al.] // Nat. Med. - 2011. - Vol. 18. - P. 148-152.
  24. Wulff, B.C. Mast cells contribute to scar formation during fetal wound healing / B.C. Wulff [et al.] // J. Invest. Dermatol. - 2012. - Vol. 132. - P. 458-465.
  25. Yagi, L.H. Human fetal wound healing: a review of molecular and cellular aspects / L.H. Yagi [et al.] // Eur. J. Plast. Surg. - 2016. - Vol. 39. - P. 239-246.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2018 Kalyuzhnaya L.I., Kharkevich O.N., Schmidt A.A., Protasov O.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

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».