TISSUE-ENGINEERED HUMAN ARTICULAR CARTILAGE DEMONSTRATES INTENSE IMMUNOPOSITIVITY FOR COLLAGEN TYPE II

Abstract

Tissue engineering is known as an interdisciplinary biomedical field that applies the principles and method of engineering and life sciences toward the development of biological substitutes that restore, maintain, or improve tissue function. Our laboratory has successfully cultured human articular chondrocytes and formed tissue-engineered cartilage, which is reliable for replacement of damaged tissue. Yet, we still need to analyse whether the tissue-engineered cartilage has similarity to the native cartilage. This study was designed to evaluate the quality of human articular cartilage using immunohistochemistry (IHC) technique. Human articular cartilages were obtained from excessive tissues from consented patients after joint surgery. Chondrocytes were isolated from tissue via enzymatic digestion and cultured in growth media for several passages to obtain sufficient cells. The cells were then transformed into three-dimensional in vitro constructs using biodegradable scaffold and were placed subcutaneously in the nude mice. Constructs were harvested after 8 weeks and were analysed by IHC technique to detect the presence of collagen type I, collagen type II and fibrocytes surface protein. The results showed that stable in vitro construct mature into tissue-engineered cartilage after implantation, which grossly resembled native cartilage. In vitro construct strongly expressed collagen type I, collagen type II and the fibrocytes surface protein at the pericellular. In vivo construct showed the distribution of collagen type II expression throughout the tissue, which denotes good quality hyaline cartilage. In conclusion, we have successfully engineered human articular cartilage which resembles the native tissue by IHC evaluation technique.

Kejuruteraan tisu adalah satu bidang bioperubatan yang menggabungkan pelbagai disiplin ilmu dengan mengaplikasikan prinsip serta kaedah kejuruteraan dan sains hayat untuk menghasilkan bahan gantian biologi yang berupaya dalam pengambilalihan semula, penstabilan serta pembaikan fungsi tisu. Makmal kami telah berjaya mengkultur kondrosit artikular manusia dan membentuk semula tisu rawan melalui kaedah kejuruteraan tisu yang dilihat sebagai berpotensi dalam terapi penggantian tisu rosak. Namun, kita masih perlu menganalisis sama ada tisu rawan yang dihasilkan melalui kaedah kejuruteraan tisu mempunyai persamaan kualiti dengan tisu rawan normal. Kajian ini dilakukan untuk menilai kualiti tisu rawan yang dihasilkan melalui kaedah kejuruteraan tisu dengan menggunakan teknik pewarnaan imunohistokimia (IHC). Tisu rawan artikular manusia diperoleh daripada tisu berlebihan yang diperoleh selepas prosedur pembedahan sendi. Sel kondrosit yang dipencilkan secara penghadaman enzimatik daripada sampel tisu rawan dikultur di dalam media kultur selama beberapa pasaj untuk mendapatkan jumlah sel yang mencukupi. Sel kondrosit tersebut kemudiannya ditransformasi kepada struktur atau konstruk tiga dimensi dengan menggunakan biobahan yang terbiodegradasi. Konstruk in vitro yang terhasil kemudiannya diimplan secara subkutanus pada tikus atimik. Selepas 8 minggu, konstruk tadi akan dikeluarkan daripada tikus atimik dan dianalisis menggunakan teknik pewarnaan IHC untuk mengenalpasti kehadiran kolagen jenis I, kolagen jenis II serta antigen protein permukaan fibrosit. Keputusan menunjukkan bahawa konstruk in vitro yang stabil berupaya membentuk tisu rawan artikular yang matang selepas implantasi dan menyerupai tisu rawan hialin normal. Konstruk in vitro juga menunjukkan pola ekspresi kolagen jenis I, kolagen jenis II serta antigen protein permukaan fibrosit yang jelas pada kawasan periselular. Manakala konstruk in vivo pula, menunjukkan sebaran ekspresi kolagen jenis II sebagai bukti terhasilnya tisu rawan hialin yang berkualiti. Sebagai kesimpulan, kami telah berjaya menghasilkan semula tisu rawan artikular manusia yang menyerupai tisu rawan normal dengan teknik pewarnaan IHC.