Granulation tissue formation -The effect of hydroxyapatite coating of cellulose on cellular differentiation

Abstract

<b>Haavan jyväiskudoksen muodostuminen – Hydroksiapatiittipinnoi-tetun selluloosasienen vaikutus solujen erilaistumiseen paranemisprosessin aikana </b>

Etsittäessä uusia luun bioyhteensopivia täytemateriaaleja selluloosasieni päällystettiin luun koostumusta muistuttavalla runsaasti piitä sisältävällä hydroksiapatiittikerroksella. Vastoin odotuksia hydroksiapatiittipinnoitettu selluloosa ei parantanut luun kasvua, vaan päinvastoin ylläpiti tulehdusta ja sidekudossolujen hakeutumista vamma-alueelle. Ihon alle implantoituna sama sienimateriaali edisti merkittävästi haavan verekkään jyväiskudoksen kasvua. Tämän löydöksen perusteella hydroksiapatiittipinnoitetun selluloosasienen vaikutusta haavan soluihin paranemisprosessin aikana tutkittiin tarkemmin ja havaittiin, että tulehdussolujen lisäksi sieniin kertyi tavallista enemmän sekä hematopoieettisia että mesenkymaalisia kantasoluja.

Hematopoieettiset kantasolut sijaitsevat luuytimessä lähellä luun sisäpintaa. Luun hydroksiapatiitista vapautuu kalsiumioneja luun jatkuvan fysiologisen uudismuodostuksen ja hajottamisen yhteydessä. Kantasolut etsiytyvät luuytimeen kalsiumia aistivien reseptorien välityksellä. Koska luun pintakerrosta muistuttavasta hydroksiapatiittipinnoitteesta vapautuu kalsiumia, tämän ajateltiin toimivan selityksenä sille, että hematopoieettiset kantasolut hakeutuvat runsaslukuisesti juuri hydroksiapatiittipinnoitettuihin selluloosasieniin. Tämän hypoteesin mukaisesti hydroksiapatiittipinnoitettujen selluloosapalkkien läheisyydestä löydettiin suuria määriä kalsiumreseptoreja sisältäviä soluja. Jatkotutkimuksissa todettiin lisäksi, että hematopoieettiset kantasolut pystyivät sienissä erilaistumaan hemoglobiinia tuottaviksi soluiksi. Havaittujen punasolulinjan merkkiaineiden perusteella näyttäisikin siltä, että haavan paranemiskudoksessa tapahtuu paranemisen aikana ekstramedullaarista erytropoieesia. Nämä soluja ohjaavat vaikutukset saattavat olla hyödyllisiä vaikeasti paranevien haavojen hoidossa.

Cellulose was coated with a silica-rich hydroxyapatite layer resembling the mineral composition of bone in search for a possible bone filler material. The hydroxyapatite-coated cellulose did not, however, promote bone repair but instead favored inflammation and fibroplasia. When implanted subcutaneously, these sponges rapidly generated a highly vascular granulation tissue. Further investigation revealed that hydroxyapatite-coated cellulose attracted not only inflammatory cells but also stem cells of both hematopoietic and mesenchymal origin.

In the bone marrow, the hematopoietic stem cells reside near the endosteal surface of bone, where the calcium concentration is more than 20-fold of that observed in serum due to bone remodeling by osteoclasts. The hematopoietic stem cells are known to attach to their niche via calcium sensing receptors. The presence and release of calcium ions from the hydroxyapatite layer of the coated sponges might offer an explanation for more abundant accumulation of hematopoietic stem cells to the hydroxyapatite coated implants. Indeed, calcium sensing receptor-positive cells were found especially near the apatite-coated cellulose fibers in the implants. Further analyses indicated that the hematopoietic stem cells were able to differentiate into hemoglobin expressing cells. The presence of erythroid cell markers in the sponges suggests that granulation tissue is capable of extramedullary erythropoiesis. These cell-guiding properties of HA coated cellulose might be utilized in impaired wound healing situations.