Normal cell migration and implantat materials

Migracja komórek jest procesem kluczowym w życiu organizmów wielokomórkowych. Już we wczesnych stadiach rozwoju zarodkowego odgrywa ona ważną rolę w kształtowaniu się tkanek i narządów, by w konsekwencji powstał organizm zdolny do życia poza organizmem matki. Jednym z rodzajów komórek posiadających zdolność do migracji są komórki macierzyste. W okresie pourodzeniowym pewna pula komórek macierzystych pozostaje w tkankach w formie niezróżnicowanej, by być rezerwuarem komórek potrzebnych do regeneracji narządów. Migracja komórek przyczynia się więc do utrzymania homeostazy organizmu. Na migrację komórek wpływają zarówno właściwości fizyczne (sztywność, architektura przestrzenna, porowatość, gęstość) środowiska zewnątrzkomórkowego, jak i jego skład chemiczny, a także związki wydzielane przez komórki biorące udział w procesie regeneracji (cytokiny prozapalne, czynniki wzrostu itp.). Poznanie wyżej wymienionych właściwości fizycznych i chemicznych środowiska zewnątrzkomórkowego, jak i mechanizmów indukujących migrację pozwala badaczom projektować materiały implantacyjne konieczne dla prawidłowej regeneracji uszkodzonej tkanki. Istnieje wiele rozwiązań pozwalających stworzyć taki biomateriał, który będzie naśladował pewne cechy środowiska zewnątrzkomórkowego tkanki i w ten sposób będzie „zachęcał” komórki do zasiedlania implantu. Prawidłowa regeneracja tkanki będzie miała na celu włączenie (czasowe lub stałe) implantu w struktury organizmu, bez wywołania niepożądanej reakcji immunologicznej. Oprócz omówienia czynników indukujących migrację komórek macierzystych oraz przykładów zastosowania ich w inżynierii tkankowej niniejsza praca obejmuje krótką część eksperymentalną, w której zbadano wpływ ekstraktów pochodzących z kompozytów składających się z PLGA oraz bioszkieł zawierających w różnych proporcjach CaO i SiO2, na migrację mezenchymalnych komórek macierzystych pochodzenia tłuszczowego linii komórkowej ASC52Telo. Wykazano pozytywny wpływ ekstraktów z kompozytów, w których stosunek CaO/SiO2 był najniższy, co sugeruje, że kompozyty te wydzielają do środowiska zewnętrznego związki pozytywnie wpływające na migrację komórek ASC52Telo. Potrzebne są dodatkowe badania, by poznać skład związków wydzielanych przez te materiały do środowiska zewnątrzkomórkowego i mechanizmy indukujące przez nie migrację mezenchymanych komórek macierzystych pochodzenia tłuszczowego.

Cell migration is a crucial process throughout a life of multicellular organism. Starting from an early stage of embryonic development, it plays an important role in giving a shape to tissues and organs to form- in a consequence, an organism able to live beyond a mother’s body. A particular sort of cells able to migrate are stem cells. During the postnatal period some pool of stem cells remains in undifferentiated form within tissues to serve as a reservoir of cells needed in regeneration processes contributing to systemic homeostasis. Not only is cell migration influenced by physical properties (such as stiffness, spatial architecture, porosity, density) of extracellular environment but also it is influenced by its chemical composition and compounds secreted by cells contributing to regeneration processes (such as proinflammatory cytokines, growth factors etc.). Identification of above mentioned physical and chemical properties of extracellular environment, but also mechanisms responsible for inducing stem cell migration allows scientists to design implantation materials necessary to support proper regeneration of damaged tissues. There is a lot of solutions allowing to create such a biomaterial which would mimic certain properties of extracellular environment to “encourage” cells to inhabit an implant. The aim of proper tissue regeneration is to incorporate (temporally or permanently) an implant in organism’s structures without causing an adverse immunological reaction. Apart from discussing stem cell migration inducing factors and examples of their application in tissue engineering, this paper embraces a short experimental work in which an influence of bioactive composites-derived extracts (made of PLGA and bioglasses containing CaO and SiO2 in different proportions) on migration of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells of line ASC52Telo were examined. A positive influence of composite extracts with the lowest CaO/SiO2 ratio was shown. It suggests that the composites release compounds to extracellular environment that have a positive influence on ASC52Telo cells. Further research is needed to discover composition of substances released to the extracellular environment and their indictive influence on mechanisms responsible for migration of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells.