Melhorando a Viabilidade de Células-Tronco Durante o Fluxo da Agulha da Seringa Através do Design de Transportadores Celulares de Hidrogel

A transplante de células é uma terapia promissora para uma infinidade de doenças debilitantes; no entanto, os protocolos de entrega atuais usando injeção direta resultam em baixa viabilidade celular. Demonstramos que, durante o processo de injeção celular, a desagregação mecânica da membrana resulta em perda aguda significativa de viabilidade em taxas de injeção clinicamente relevantes. Como uma estratégia para proteger as células dessas forças danosas, hipotetizamos que a encapsulação celular dentro de hidrogéis com propriedades mecânicas específicas melhorará significativamente a viabilidade. Usamos um modelo in vitro controlado de injeção celular para demonstrar o sucesso dessa estratégia de proteção aguda para uma ampla gama de tipos celulares, incluindo células endoteliais da veia umbilical humana (HUVEC), células-tronco adiposas humanas, células-tronco mesenquimatosas de rato e células progenitoras neurais de camundongo. Especificamente, hidrogéis de alginato com módulos de armazenamento em platô (G') variando de 0,33 a 58,1 Pa foram estudados. Um hidrogel de alginato entrecruzado e flexível (G'=29,6 Pa) gerou a maior viabilidade de HUVEC, 88,9% ± 5,0%, enquanto soluções newtonianas (ou seja, apenas o tampão) resultaram em 58,7% ± 8,1% de viabilidade. Aumentar ou diminuir o módulo de armazenamento do hidrogel reduziu esse efeito protetor. Além disso, células em soluções de alginato não entrecruzadas tiveram viabilidades inferiores às da mídia sozinha, demonstrando que os efeitos protetores são especificamente resultado da gelificação mecânica e não da bioquímica do alginato. Dados experimentais e teóricos sugerem que o fluxo extensional na entrada da agulha da seringa é a principal causa da morte celular aguda. Esses resultados fornecem uma visão mecanicista sobre o papel das forças mecânicas durante a entrega celular e apoiam o uso de hidrogéis protetores em futuros estudos de injeção de células-tronco clínicas.