FN-silk scaffolds as ECM & basement membrane mimics for 3D tissue engineering applications

QC 2026-03-03

Abstract

FN-silke är ett rekombinant funktionaliserat silkesprotein som kan självorganisera sig till elastiska fibrillära 3D-matriser som främjar in vivoliknande interaktioner mellan celler och den extracellulära matrisen (ECM). Denna avhandling syftar till att öka förståelsen för hur FN-silke kan användas som ett biomaterial för att konstruera sådana fysiologiskt relevanta ECManaloger av interstitiella fibrernätverk och basalmembran, för applikation inom vävnadsteknik (tissue engineering). Detta undersöks både genom optimering av existerande metoder och genom utveckling av nya metoder för att konstruera FN-silkesmatriser, samt genom användningen av dessa som stödstrukturer för att utveckla in vitro-barriärvävnadsmodeller.

Specifikt beskriver Paper I en optimerad metod och Paper II en nyutvecklad metod för att förbereda konstgjorda basalmembran baserade på FN-silke. I Paper III beskrivs ett nytt sätt att framställa 3D-nätverk av FN-silke för användning som ECM-analog i in vitro- (Paper III) och in vivo-applikationer (Paper IV). Både det FN-silkebaserade membranet och 3D-nätverket används för att konstruera in vitro-hudvävnadsmodeller i Paper III, medan enbart FNsilkesmembranet används i Paper V som stöd i en alveolär-kapillär in vitromodell. Slutligen beskriver Paper IV användningen av 3D-nätverket som dermal stödstruktur i en in vivo-modell för sårläkning hos grisar.

I Paper I etablerades parametrarna för att förbereda FN-silkesmembran som stöttas av specialdesignade hållare (inserts). Detta resulterade i ett reproducerbart membran-insert odlingssystem där celler kan tillföras bilateralt. Detta system användes sedan i de applikationer som beskrivs i Paper III och V.

I Paper II utforskades en annan metod för att bilda FN-silkesmembran, denna gång runt hydrogeler. Funktionalisering med FN-silke ökade hydrogelernas likhet med naturlig vävnad, både genom modellering av basalmembranet och genom att åtgärda avgörande brister med hydrogeler, så som bristande celladhesion, inadekvata mekaniska egenskaper, samt ofördelaktig cellmedierad hydrogelkontraktion.

I Paper III presenterades och karaktäriserades FN-silke-baserade 3Dmodeller av hudvävnad. Primära humana celler odlades på FN-silkesmatriser, vilket resulterade i fristående dermala och epidermala modeller, samt i en dubbelskiktad dermal-epidermal modell. Dessa modeller uppvisar produktion av dermal ECM och mikrovaskulär-liknande strukturer, samt in vivo-liknande epidermal stratifiering och förhorning.

I Paper IV undersöktes den fördelaktiga interaktionen mellan hud och FNsilke i en in vivo-sårläkningsmodell i grisar. I jämförelse med en kommersiell dermal stödstruktur, uppvisade det FN-silke-baserade 3D-nätverket en snabbare återbildning av epitel och bättre mekaniska egenskaper hos de behandlade såren.

Slutligen, i Paper V jämfördes FN-silkesmembranet med ett kommersiellt syntetiskt membran som stödstruktur för en alveolär-kapillär in vitro-modell. Modellerna som var baserade på FN-silke uppnåde en högre nivå av likhet med riktig vävnad, med avseende på både morfologiska och funktionella egenskaper, jämfört med de kommersiella kontrollerna. Anmärkningsvärt var att de FN-silke-stödda cellodlingarna modellerade alveolbildning, vilket är första gången som detta observeras i en in vitro-modell.

Sammantaget bidrar arbetetet som utförts i denna avhandling till att öka kunskapen om potentialen hos FN-silke som ett biomaterial för in vitro- och in vivo-applikationer. Arbetet demonstrerar att de kemiskt definierade stödstrukturerna baserade på FN-silke kan användas för att konstruera modeller som mer tillförlitligt efterliknar mikromiljön in vivo, vilket är mycket lovande för läkemedelsscreeningstudier samt plattformar för att förstå mänsklig fysiologi och sjukdom.

Link to DiVA