Interactions of skin and stem cells with polymer nanofibres for construction of skin substitutes

Abstract

The skin is the largest organ of a human body with a crucial role in the maintenance of homeostasis; therefore any extensive skin injury leads to severe complications. Since the application of auto-, allo- and xeno-grafts is accompanied by severe problems like the source limitation and the graft rejection, a bioengineered skin substitute seems to be one of the promising healing approach. This work is focused mainly on the construction of a pre- vascularized skin substitute consisting of a collagen hydrogel reinforced by a biodegradable nanofibrous membrane. Another strategy described in this work is the development of temporary cellulose-based wound dressings. For both research strategies, various cell types were utilized, i.e. normal human dermal fibroblasts (NHDFs), human keratinocytes (hKs), adipose tissue-derived stem cells (ADSCs) and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). In order to enhance the cell adhesion and growth, the synthetic nanofibrous membranes were improved by protein nanocoatings. It was found out that NHDFs and ADSCs preferred fibrin nanocoatings, mainly thin fibrin homogeneous mesh on the surface of the membrane. Keratinocytes rather adhered and stratified on collagen substrates. These observations further motivated the construction of the bi-layered construct, where...

Kůže je nejrozsáhlejší orgán lidského těla, který hraje významnou roli v udržování homeostázy, a proto rozsáhlá kožní poranění můžou způsobit vážné zdravotní komplikace. Užití auto-, alo- i xeno-transplantátů doprovázejí komplikace v podobě nedostatku náhradní tkáně a jejího odhojování. Proto se vytvoření artificiální kožní náhrady v laboratorních podmínkách zdá být jedním ze slibných způsobů hojení rozsáhlých ran. Tato práce je v první části zaměřena na zhotovení dvouvrstvé prevaskularizované kožní náhrady sestávající z kolagenového hydrogelu podloženého biodegradabilní nanovlákennou membránou. Druhá část této práce se pak zabývá odlišnou strategií, tedy vývojem dočasného krytu ran na bázi celulózy. Pro výzkum byly využity lidské kožní fibroblasty a keratinocyty, kmenové buňky tukové tkáně a endotelové buňky. Pro zlepšení adheze a růstu buněk byl povrch syntetických nanovlákenných membrán potažen vrstvami adhezních proteinů. Bylo zjištěno, že lidské fibroblasty a tukové kmenové buňky upřednostňují fibrinové nanovrstvy, zejména homogenní síť z fibrinu na povrchu podkladové membrány. Keratinocyty pak lépe adherují a také stratifikují na kolagenových podkladech. Tyto poznatky motivovaly další vývoj dvouvrstvých konstruktů, kde dermální fibroblasty migrovaly z nanovlákenných membrán potažených...