Fabrication of human Wharton’s jelly extra cellular matrix for tissue engineering


Cite item

Full Text

Abstract

The development of tissue engineering is based on the use of the extracellular matrix as a construct to which cells migrate and attach for proliferation, differentiation, and long-term functioning. The preparation of the matrix is one of the most important tasks, since it must be non-immunogenic, have optimal mechanical properties, contain cell adhesion molecules and growth factors and degrade at the predicted time. The search for biomaterial for the manufacture of the matrix is limited by a number of circumstances. Tissue-specific for the matrix intravital biomaterial is limited, cadaveric is not acceptable due to age-related changes or diseases that reduce the regenerative capacity of tissues; synthetic materials lack cell adhesion molecules or are not degraded. The umbilical cord is an accessible homologous biomaterial of non- embryonic origin, preserving the features of the embryonic phenotype. The optimal method of decellularization of the Warton jelly of the human umbilical cord in the manufacture of a full-component cell-free matrix is substantiated. Umbilical cord decellularization was carried out using a detergent method with a 0.05% sodium dodecyl sulfate solution for 24 hours. The quality of the decellularization was evaluated microscopically by staining with fluorescent dye and quantification of nucleic acids. The gentle method used to remove cells from the Warton jelly tissue meets the existing criteria for the effectiveness of decellularization, since only single cells and a small amount of deoxyribonucleic acid remain in the processed biomaterial. The technique does not provide centrifugation at high speeds, in which glycosaminoglycans and proteoglycans are lost from the matrix, the enzymatic action that destroys fibrillar collagen structures, and non-physiological conditions of decellularization. The therapeutic success of tissue-engineering structures based on the extracellular matrix will depend not only on the bioactivity of the umbilical cord, but also on the safety of the composition, structure and mechanical characteristics of the matrix. Due to the availability and non-invasiveness of receiving from healthy young donors, provisional organs are an excellent source of homologous biomaterial for matrix production.

About the authors

L I Kalyuzhnaya

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

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

V E Chernov

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

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

A S Frumkina

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

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

S V Chebotarev

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

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

D A Zemlyanoy

Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет

Санкт-Петербург

D V Tovpeko

Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова

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

A V Kosulin

Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет

Санкт-Петербург

References

  1. Александров, В.Н. Тканевая инженерия трахеи / В.Н. Александров [и др.] // Вестн. Росс. воен.-мед. акад. - 2016. - № 3 (55). - С. 212-219.
  2. Строев, Ю.И. Системная патология соединительной ткани: руководство для врачей / Ю.И. Строев, Л.П. Чурилов. - СПб.: ЭЛБИ-СПб, 2014. - 368 с.
  3. Федеральный закон от 23.06.2016 г. № 180-ФЗ «О биомедицинских клеточных продуктах» // Росс. газета. - 2016. - № 139. - 28 июн.
  4. Basiri, A. A silk fbroin/decellularized extract of Wharton’s jelly hydrogel intended for cartilage tissue engineering / A. Basiri [et al.] // Progress in Biomaterials. - 2019. - № 8. - P. 31-42.
  5. 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 & Engineering. Materials For Biological Applications. - 2017. - Vol. 78. - P. 627-638.
  6. Camann, W. Complex Umbilical-Cord Knot / W. Camann [et al.] // N. Engl. J. Med. - 2003. - № 349. - Р. 2.
  7. Crapo, P.M. An overview of tissue and whole organ decellularization processes / P.M. Crapo [et al.] // Biomaterials. - 2011. - Vol. 32, № 12. - P. 3233-3243.
  8. Dan, P. Human-derived extracellular matrix from Wharton’s jelly: an untapped substrate to build up a standardized and homogeneous coating for vascular engineering / Р. Dan [et al.] // Acta Biomaterialia. - 2017. - Vol. 48. - P. 227-237.
  9. Herrero-Mendez, A. HR007: a family of biomaterials based on glycosaminoglycans for tissue repair / A. Herrero-Mendez [et al.] // J. Tissue Eng. Regen. Med. - 2017. - Vol. 11, № 4. - P. 989-1001.
  10. Hung, S.H. Larynx decellularization: combining freeze-drying and sonication as an effective method / S.H. Hung [et al.] // J. Voice. - 2013. - Vol. 27, № 3. - P. 289-294.
  11. Ko čí , 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. Kočí [et al.] // Tissue Engineering Part C - Methods. - 2017. - Vol. 23, № 6. - P. 333-345.
  12. 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.
  13. Leung, А. Fetal wound healing: implications for minimal scar formation / A. Leung [et al.] // Curr. Opin. Pediatr. - 2015. - Vol. 24, № 3. - P. 371-378.
  14. Medberry, C.J. Hydrogels derived from central nervous system extracellular matrix / C.J. Medberry [et al.] // Biomaterials. - 2013. - Vol. 34, № 4. - P. 1033-1040.
  15. Nanaev, A.K. Stromal Differentiation and Architecture of the Human Umbilical Cord / A.K. Nanaev [et al.] // Placenta. - 1997. - Vol. 18, № 1. - P. 53-64.
  16. Pat. № US 8,685,732 B2 United States. Biomaterial based on Wharton Jelly from the human umbilical cord / J.F. Perez [et al.]; Pub. Date: 20.10.2011.
  17. Pat. № 5,436,135 United States. New preparation of placenta collagen, their extraction method and their applications / J.-L. Tayot, M. Tardy; Pub. Date: 25.07.1995.
  18. Tukmachev, D. Injectable Extracellular Matrix Hydrogels as Scaffolds for Spinal Cord Injury Repair / D. Tukmachev [et al.] // Tissue Eng. - 2016. - Vol. 22, № 3-4. - P. 306-317.
  19. Xiao, B. Extracellular matrix from human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells as a scaffold for peripheral nerve regeneration / В. Xiao [et al.] // Neural Regen. Res. - 2016. - Vol. 11, № 7. - Р. 1172-1179.
  20. Xiao, T. Fabrication and In Vitro Study of Tissue-Engineered Cartilage Scaffold Derived from Wharton’s Jelly Extracellular Matrix / T. Xiao [et al.] // Hindawi BioMed. Research International. - 2017. - 12 p.
  21. Zhao, P. hWJECM-derived oriented scaffolds with autologous chondrocytes for rabbit cartilage defect repairing / P. Zhao [et al.] // Tissue Eng. - Vol. 24, № 11-12. - P. 905-914.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2020 Kalyuzhnaya L.I., Chernov V.E., Frumkina A.S., Chebotarev S.V., Zemlyanoy D.A., Tovpeko D.V., Kosulin A.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».