3.3.2.

W wielu badaniach przeprowadzanych na poziomie molekularnym, opisano właściwości zewnątrzkomórkowej macierzy cząsteczek takich jak kolagen, którego komórki posiadają duże zdolności adhezji, oraz fibronektyny i lamininy, których komórki wykazują możliwość wysyłania sygnałów. Większość właściwości tych związków zostały ogólnie przyjęte i znalazły zastosowanie w biotechnologii. W badaniach przeprowadzanych w sposób in vivo wykazano regeneracyjną rolę fibronektyny i lamininy w uszkodzeniach mózgu. Ponadto w wielu sprawozdaniach biotechnologicznych opisano rolę lamininy w odbudowie aksonów należących do neuronów centralnego układu nerwowego. Większość powyższych badań przeprowadzono na modelu szczura z uszkodzoną korą mózgu. Wiele właściwości regeneracyjnych tych związków zaobserwowano podczas namnażania, dzielenia i różnicowania się komórek, na które one działały. Wiele raportów opisuje przypadki udoskonalenia, przyspieszenia regeneracji tkanek, w momencie wszczepienia lamininy związanej z komórkami macierzystymi zarodkowymi. W przypadku choroby Parkinsona, transplantacja lamininy i komórek macierzystych przyspieszyła proces wędrówki, ekspansji przeszczepionych komórek oraz szybszej regenracji włókien nerwowych. Nie tylko laminina ma wpływ na migrację komórek. Także fibronektyna posiada takie zdolności. Te właściwości były obserwowane w różnych modelach komórek macierzystych pnia mózgu i rdzenia kręgowego przyłączonych do fibronektyny w sposób in vivo bądź in vitro. Obecnie trwają badania nad wpływem zewnątrzkomórkowej macierzy różnych cząsteczek na komórki macierzyste dojrzałe pnia mózgu i rdzenia kręgowego.

3.3.2.1.

Anty-apoptyczna właściwość zewnątrzkomórkowej macierzy cząsteczek takich jak fibronektyna oraz laminina została udowodniona podczas badań przeprowadzanych na komórkach macierzystych zarodkowych pnia mózgu i rdzenia kręgowego. Użycie tych komórek, kolagenu lub rusztowania kopolimeru kwasu DL- polimlekowego i kwasu glikolowego pokazało wzrost przeżywania komórek i polepszenia ich funkcji w procesach regeneracji neuronów po uszkodzeniu mózgu bądź udarze. Ostatnie badania wykazały wzrost przeżywania ludzkiego MSCs hodowanego w sposób in vitro na hydrożelu zmodyfikowanym z peptydów RGD (arginina-glicyna-kwas aspartanowy). W tych badaniach białko RGD zapewniło wzrost adhezji komórek oraz wzrost przeżywalności MSCs. W innych badaniach opisano wpływ fibronektyny oraz białek pochodnych laminy hodowanych na hydrożelu zawierającym PEG na przeżywalność ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych nabłonka. Ostatnie doświadczenia opisują proces otoczenia ludzkiego MSCs w fibronektynie i w hydrożelu związanym z fibrynogenem, w celu wzrostu oporności komórek na apoptozę zależną od adhezji. Jedną z zalet tej strategii było zapewnienie wymagań metabolicznych dla tych komórek, co wiązało się bezpośrednio ze wzrostem ich przeżywalności.

3.3.2.2.

Obecnie przyjęto do wiadomości fakt, że cząsteczki ECM mogą wpływać również na namnażanie się komórek oraz na długość ich życia. Namnażanie się komórek jest kontrolowane nie tylko przez cząsteczki ECM, ale także przez substancje stymulujące podziały mitotyczne- mitogeny. Na przykład modyfikacja nanowłóknistego rusztowania PLCL z kolagenem, spowodowała wzrost namnażania się ludzkiego MSCs. Również w innych badaniach zaobserwowano wzrost namnażania ludzkich komrek ze zrębu MIAMI hodowanych na fibronektynie.

3.3.2.3.

Jedną z pierwszych i najbardziej przebadanych właściwości cząsteczek ECM, w szczególności lamininy oraz ich bioaktywnych pochodnych białek ,był ich wpływ na różnicowanie się prekursorów neuronów. We wczesnych latach 80-tych opisano rolę lamininy a w szczególności lamininy 211. Teraz jest przeprowadzanych wiele badań ujawniających wpływ lamininy na wydłużanie się neurytów oraz namnażanie komórek. Pochodne białka lamininy o różnych długościach, które zawierają czynnik YIGSR i posiadają sekwencję IKVAN, są izolowane w trakcie badań i odpowiadają za wpływ na różnicowanie się neuronów DRG. Użycie cząsteczek ECM dla inżynierii komórek tkanek dojrzałych ma wpływ na rekonstrukcje kości, dzięki różnicowaniu się kostnego i chrzęstnego MSCs. Innym przykładem wpływu substancji na różnicowanie się komórek jest kolagen wszczepiony do PLGA i jest on znany jako promotor kostnego różnicowania się ludzkiego MSCs. Typ 332 lamininy jest jednym z najważniejszych induktorów komórek pochodzenia kostnego. Istnieje wiele dowodów na to, że laminina może również indukować zmiany morfologiczne w MSCs podczas różnicowania się tych komórek w sposób in vitro. W tych badaniach autorzy artykułu opisują procentowy wzrost komórek ludzkiego MSCs wykazujących drugorzędowe i trzeciorzędowe odgałęzienia. Podobny wpływ na różnicowanie się komórek oprócz lamininy ma także fibronektyna lub PDL (poli D-lizyna). Obecnie przeprowadzane są badania nad wpływem mikronośników aktywnych farmakologicznie pochodzących z powierzchni biomimetycznej laminy na różnicowanie się nerwowego MSCs w kontekście poli D-lizyny. Co ciekawe, współcześnie jest tworzonych wiele mieszanin polimeró, które są poddawane badaniom aby wzmocniły one rusztowanie występujące wewnątrz komórek, wykorzystując ich właściwości mechaniczne i bioaktywne. Wciąż trwają próby dotyczące jak najlepszego wykorzystania połączenia inżynierii tkankowej i terapii komórek macierzystych dojrzałych .