Magnetic Nanostructures and Stem Cells for Regenerative Medicine, Application in Liver Diseases.

The term "liver disease" refers to any hepatic condition that leads to tissue damage or altered hepatic function and can be induced by virus infections, autoimmunity, inherited genetic mutations, high consumption of alcohol or drugs, fat accumulation, and cancer. Some types of liver diseases are becoming more frequent worldwide. This can be related to increasing rates of obesity in developed countries, diet changes, higher alcohol intake, and even the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic was associated with increased liver disease-related deaths. Although the liver can regenerate, in cases of chronic damage or extensive fibrosis, the recovery of tissue mass is impossible, and a liver transplant is indicated. Because of reduced organ availability, it is necessary to search for alternative bioengineered solutions aiming for a cure or increased life expectancy while a transplant is not possible. Therefore, several groups were studying the possibility of stem cells transplantation as a therapeutic alternative since it is a promising strategy in regenerative medicine for treating various diseases. At the same time, nanotechnological advances can contribute to specifically targeting transplanted cells to injured sites using magnetic nanoparticles. In this review, we summarize multiple magnetic nanostructure-based strategies that are promising for treating liver diseases.

Cryopreservation of rat hepatocytes with disaccharides for cell therapy.

Cryopreservation of hepatocytes is a crucial step in the implementation of cell therapy for treating certain liver diseases. In the present study we investigated the effect of the some disaccharides on the cryopreservation of rat hepatocytes. Liver cells were frozen in media in the presence or absence of low concentrations of Me2SO (5% Me2SO) supplemented with varying concentrations of disaccharides (sucrose, glucose and trehalose). After 7 days of cryopreservation, the hepatocytes were thawed and viability was measure by exclusion of trypan blue and by the MTT technique, as well as by determining albumin production. Among the investigated disaccharides and concentrations, 0.2 M trehalose showed the best overall outcome. Compared to the use of Me2SO alone, significant improvement in post-thaw cell viability was observed. The new solution may reduce Me2SO side effects on patients and improve the viability and quality of cryopreserved hepatocytes.

Animal models applied to acute-on-chronic liver failure: Are new models required to understand the human condition?

The liver is a multifaceted organ; its location and detoxifying function expose this organ to countless injuries. Acute-on-chronic failure liver (ACLF) is a severe syndrome that affects the liver due to acute decompensation in patients with chronic liver disease. An infection environment, ascites, increased liver enzymes and prothrombin time, encephalopathy and fast-evolving multiorgan failure, leading to death, usually accompany this. The pathophysiology remains poorly understand. In this context, animal models become a very useful tool in this regard, as understanding; the disease may be helpful in developing novel therapeutic methodologies for ACLF. However, although animal models display several similarities to the human condition, they do not represent all ACLF manifestations, resulting in significant challenges. An initial liver cirrhosis framework followed by the induction of an acute decompensation by administering lipopolysaccharide and D-GaIN, potentiating liver damage supports the methodologies applied to induce experimental ACLF. The entire methodology has been described mostly for rats. Nevertheless, a quick PubMed database search indicates about 30 studies concerning ACFL models and over 1000 regarding acute liver failure models. These findings demonstrate the clear need to establish easily reproducible ACFL models to elucidate questions about this quickly established and often fatal syndrome.

Natural Biopolymers as Additional Tools for Cell Microencapsulation Applied to Cellular Therapy.

One of the limitations in organ, tissue or cellular transplantations is graft rejection. To minimize or prevent this, recipients must make use of immunosuppressive drugs (IS) throughout their entire lives. However, its continuous use generally causes several side effects. Although some IS dose reductions and withdrawal strategies have been employed, many patients do not adapt to these protocols and must return to conventional IS use. Therefore, many studies have been carried out to offer treatments that may avoid IS administration in the long term. A promising strategy is cellular microencapsulation. The possibility of microencapsulating cells originates from the opportunity to use biomaterials that mimic the extracellular matrix. This matrix acts as a support for cell adhesion and the syntheses of new extracellular matrix self-components followed by cell growth and survival. Furthermore, by involving the cells in a polymeric matrix, the matrix acts as an immunoprotective barrier, protecting cells against the recipient's immune system while still allowing essential cell survival molecules to diffuse bilaterally through the polymer matrix pores. In addition, this matrix can be associated with IS, thus diminishing systemic side effects. In this context, this review will address the natural biomaterials currently in use and their importance in cell therapy.

Immunological Tolerance in Liver Transplant Recipients: Putative Involvement of Neuroendocrine-Immune Interactions.

The transplantation world changed significantly following the introduction of immunosuppressants, with millions of people saved. Several physicians have noted that liver recipients that do not take their medication for different reasons became tolerant regarding kidney, heart, and lung transplantations at higher frequencies. Most studies have attempted to explain this phenomenon through unique immunological mechanisms and the fact that the hepatic environment is continuously exposed to high levels of pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) or non-pathogenic microorganism-associated molecular patterns (MAMPs) from commensal flora. These components are highly inflammatory in the periphery but tolerated in the liver as part of the normal components that arrive via the hepatic portal vein. These immunological mechanisms are discussed herein based on current evidence, although we hypothesize the participation of neuroendocrine-immune pathways, which have played a relevant role in autoimmune diseases. Cells found in the liver present receptors for several cytokines, hormones, peptides, and neurotransmitters that would allow for system crosstalk. Furthermore, the liver is innervated by the autonomic system and may, thus, be influenced by the parasympathetic and sympathetic systems. This review therefore seeks to discuss classical immunological hepatic tolerance mechanisms and hypothesizes the possible participation of the neuroendocrine-immune system based on the current literature.

Rational design of large flat nitrogen-doped graphene oxide quantum dots with green-luminescence suitable for biomedical applications.

Rational synthesis and simple methodology for the purification of large (35-45 nm in lateral size) and flat (1.0-1.5 nm of height) nitrogen-doped graphene oxide quantum dots (GOQDs) are presented. The methodology allows robust metal-free and acid-free preparation of N-GOQDs with a yield of about 100% and includes hydrothermal treatment of graphene oxide with hydrogen peroxide and ammonia. It was demonstrated that macroscopic impurities can be separated from N-GOQD suspension by their coagulation with 0.9% NaCl solution. Redispersible in water and saline solutions, particles of N-GOQDs were characterized using tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS), photoluminescent, XPS, and UV-VIS spectroscopies. The size and morphology of N-GOQDs were studied by dynamic light scattering, AFM, SEM, and TEM. The procedure proposed allows nitrogen-doped GOQDs to be obtained, having 60-51% of carbon, 34-45% of oxygen, and up to 7.2% of nitrogen. The N-GOQD particles obtained in two hours of synthesis contain only pyrrolic defects of the graphene core. The fraction of pyridine moieties grows with the time of synthesis, while the fraction of quaternary nitrogen declines. Application of TERS allows demonstration that the N-GOQDs consist of a graphene core with an average crystallite size of 9 nm and an average distance between nearest defects smaller than 3 nm. The cytotoxicity tests reveal high viability of the monkey epithelial kidney cells Vero in the presence of N-GOQDs in a concentration below 60 mg L-1. The N-GOQDs demonstrate green luminescence with an emission maximum at 505 nm and sedimentation stability in the cell culture medium.

A Low-Cost Open Source Device for Cell Microencapsulation.

Microencapsulation is a widely studied cell therapy and tissue bioengineering technique, since it is capable of creating an immune-privileged site, protecting encapsulated cells from the host immune system. Several polymers have been tested, but sodium alginate is in widespread use for cell encapsulation applications, due to its low toxicity and easy manipulation. Different cell encapsulation methods have been described in the literature using pressure differences or electrostatic changes with high cost commercial devices (about 30,000 US dollars). Herein, a low-cost device (about 100 US dollars) that can be created by commercial syringes or 3D printer devices has been developed. The capsules, whose diameter is around 500 µm and can decrease or increase according to the pressure applied to the system, is able to maintain cells viable and functional. The hydrogel porosity of the capsule indicates that the immune system is not capable of destroying host cells, demonstrating that new studies can be developed for cell therapy at low cost with microencapsulation production. This device may aid pre-clinical and clinical projects in low- and middle-income countries and is lined up with open source equipment devices.

Domino Hepatocyte Transplantation: A Therapeutic Alternative for the Treatment of Acute Liver Failure.

Background and Aims: Acute liver failure (ALF) is a severe syndrome with an elevated mortality rate, ranging from 40 to 80 %. Currently, liver transplantation is the only definitive treatment for these patients and new therapies aiming to treat ALF include artificial organs implant and stem cells therapy, for example. However, a major limitation of liver donors exists. Living donor liver transplantation (LDLT), split liver transplantation (SLT), and domino liver transplantation (DLT) are some of the available alternatives to treat ALF patients, but these do not reduce the number of patients on waiting lists. Herein, we discuss domino hepatocyte transplantation (DHT) using livers that would not meet transplantation criteria. Methods: We conducted a literature search on PubMed/Medline using acute liver failure, liver transplantation, hepatocyte transplantation, and domino liver transplantation as key words. Results: New sources of biochemically functional hepatocytes and therapeutic treatments, in parallel to organ transplantation, may improve liver injury recovery and decrease mortality rates. Moreover, the literature reports hepatocyte transplantation as a therapeutic alternative for organ shortage. However, a major challenge remains for a wide clinical application of hepatocytes therapy, i.e., the availability of sufficient amounts of cells for transplantation. Ideally, hepatocytes isolated from livers rejected for transplantation may be a promising alternative for this problem. Conclusion: Our review suggests that DHT may be an excellent strategy to increase cell supplies for hepatocyte transplantation.

Transplante Hepatocitário: uma alternativa terapêutica para a insuficiência hepática aguda

Dentre as doenças hepáticas que acometem o fígado, a insuficiência hepática aguda (IHA) destaca-se pela rápida perda da função hepática, com um alto índice de mortalidade que, em alguns estudos clínicos, pode chegar a 80%. A causa mais comum de IHA no Brasil é a hepatite viral, seguida pela hepatite medicamentosa e intoxicação exógena. Embora existam terapias visando o tratamento de IHA, o transplante hepático ainda é a única opção terapêutica definitiva para pacientes com doença hepática terminal. No entanto, a escassez de órgãos para o transplante impõe limitação ao número de pacientes beneficiados. Consequentemente, um grande número de pacientes permanece nas filas de espera, contribuindo para elevar o índice de mortalidade. Alguns procedimentos para estender o número de pacientes beneficiados com transplantes têm sido realizados, dentre eles podemos citar o transplante inter-vivo e o transplante hepático dominó. Vale ressaltar que, tais alternativas ainda são insatisfatórias quando relacionadas com o número de pacientes que precisam do transplante. Assim, a proposta do transplante hepatocitário pode melhorar a qualidade de vida até o transplante ou mesmo levar à recuperação espontânea do paciente. Contudo, o maior desafio para a ampla aplicação clínica desse método é a disponibilidade de quantidade, com qualidade suficiente das células do fígado para o transplante Uma possível solução seria a utilização de fígados rejeitados para o transplante, associado à otimização dos processos de isolamento, e de criopreservação de hepatócitos provenientes desses órgãos. Nesse contexto, o presente trabalho propõe uma caracterização geral, em modelo experimental, de protocolo para terapia celular baseada na coleta de populações de células hepáticas de órgãos rejeitados para o transplante ortotópico, associado à otimização da criopreservação para a criação de bancos de células com vistas ao futuro tratamento de IHA. Para isso, neste trabalho, desenvolvemos um modelo químico de IHA utilizando uma dose única de 400 mg/Kg de acetaminofeno i.p. E um modelo de macroesteatose, doadores de células submetidos a uma dieta deficiente em metionina e colina. Nossos resultados demonstraram que é possível realizar a separação entre os hepatócitos com altos níveis de esteatose das células com pouca ou nenhuma vesícula lipídica utilizando dois processos de centrifugação. Além disso, a terapia celular com a infusão de hepatócitos, apresentaram um leve aumento na sobrevida, com diminuição das enzimas hepáticas AST e ALT além do aumento da produção de albumina quando comparado ao grupo dos animais que não foram submetidos à terapia celular. Para a otimização da criopreservação, utilizamos algoritmos de machine learning como ferramenta de previsão às melhores condições de congelamento para hepatócitos murinos.

Transplante Hepatocitário: uma alternativa terapêutica para a insuficiência hepática aguda / Hepatocyte Transplantation: a therapeutic alternative for acute liver failure

Dentre as doenças hepáticas que acometem o fígado, a insuficiência hepática aguda (IHA) destaca-se pela rápida perda da função hepática, com um alto índice de mortalidade que, em alguns estudos clínicos, pode chegar a 80%. A causa mais comum de IHA no Brasil é a hepatite viral, seguida pela hepatite medicamentosa e intoxicação exógena. Embora existam terapias visando o tratamento de IHA, o transplante hepático ainda é a única opção terapêutica definitiva para pacientes com doença hepática terminal. No entanto, a escassez de órgãos para o transplante impõe limitação ao número de pacientes beneficiados. Consequentemente, um grande número de pacientes permanece nas filas de espera, contribuindo para elevar o índice de mortalidade. Alguns procedimentos para estender o número de pacientes beneficiados com transplantes têm sido realizados, dentre eles podemos citar o transplante inter-vivo e o transplante hepático dominó. Vale ressaltar que, tais alternativas ainda são insatisfatórias quando relacionadas com o número de pacientes que precisam do transplante. Assim, a proposta do transplante hepatocitário pode melhorar a qualidade de vida até o transplante ou mesmo levar à recuperação espontânea do paciente. Contudo, o maior desafio para a ampla aplicação clínica desse método é a disponibilidade de quantidade, com qualidade suficiente das células do fígado para o transplante

Uma possível solução seria a utilização de fígados rejeitados para o transplante, associado à otimização dos processos de isolamento, e de criopreservação de hepatócitos provenientes desses órgãos. Nesse contexto, o presente trabalho propõe uma caracterização geral, em modelo experimental, de protocolo para terapia celular baseada na coleta de populações de células hepáticas de órgãos rejeitados para o transplante ortotópico, associado à otimização da criopreservação para a criação de bancos de células com vistas ao futuro tratamento de IHA. Para isso, neste trabalho, desenvolvemos um modelo químico de IHA utilizando uma dose única de 400 mg/Kg de acetaminofeno i.p. E um modelo de macroesteatose, doadores de células submetidos a uma dieta deficiente em metionina e colina. Nossos resultados demonstraram que é possível realizar a separação entre os hepatócitos com altos níveis de esteatose das células com pouca ou nenhuma vesícula lipídica utilizando dois processos de centrifugação. Além disso, a terapia celular com a infusão de hepatócitos, apresentaram um leve aumento na sobrevida, com diminuição das enzimas hepáticas AST e ALT além do aumento da produção de albumina quando comparado ao grupo dos animais que não foram submetidos à terapia celular. Para a otimização da criopreservação, utilizamos algoritmos de machine learning como ferramenta de previsão às melhores condições de congelamento para hepatócitos murinos. (AU)

Padronização das condições de criopreservação de hepatócitos de rato para terapia celular

A insuficiência hepática aguda (IHA) é uma síndrome clínica grave e complexa, que se destaca pela súbita perda funcional dos hepatócitos. O transplante hepático ainda é a única opção terapêutica definitiva para a substituição da função hepática. Infelizmente, há grande limitação de doadores, o que contribui para uma alta mortalidade de pacientes. Novas estratégias de suporte ao transplante precisam ser desenvolvidas a fim de minimizar a mortalidade de pacientes em filas de espera. Logo, a proposta do transplante hepatocitário pode melhorar a qualidade de vida até o dia do transplante ou mesmo levar à recuperação do paciente. Contudo, o maior desafio para o uso clínico é a disponibilidade de hepatócitos em boas condições para o transplante e a criopreservação é um fator essencial a esta demanda, uma vez que torna possível o armazenamento de hepatócitos em grande escala. No entanto, hepatócitos são altamente suscetíveis ao processo de congelamento. Dessa forma, este estudo tem como objetivo desenvolver um protocolo de criopreservação de hepatócitos, utilizando substâncias naturais que possam minimizar as criolesões Hepatócitos de ratos foram isolados por dois métodos de dissociação enzimática. A viabilidade celular foi analisada por exclusão do azul de tripan, calceína-AM, iodeto de propídio e pelo método de MTT antes e após a criopreservação. Hepatócitos recém isolados utilizando a enzima colagenase não nos permitiu medir a viabilidade pela técnica de exclusão do azul de tripan. Entretanto, tais células apresentaram atividade metabólica, confirmada pelo ensaio de MTT. O isolamento de hepatócitos de rato com o reagente de digestão Tryple Express mostrou ser eficaz no processo de isolamento das células hepáticas e nos permitiu avaliar a viabilidade em todos os métodos propostos. Além disso, demonstramos que hepatócitos podem ser criopreservados em DMSO a 5%, metade da concentração sugerida pela literatura. Células criopreservadas com 0,2 M de trealose, na ausência de DMSO, apresentaram maior viabilidade quando comparadas àquelas submetidas a apenas 5% de DMSO, demonstrando que a trealose é um potencial agente crioprotetor.

Padronização das condições de criopreservação de hepatócitos de rato para terapia celular / Standardization of cryopreservation conditions of rat hepatocytes for cell therapy

A insuficiência hepática aguda (IHA) é uma síndrome clínica grave e complexa, que se destaca pela súbita perda funcional dos hepatócitos. O transplante hepático ainda é a única opção terapêutica definitiva para a substituição da função hepática. Infelizmente, há grande limitação de doadores, o que contribui para uma alta mortalidade de pacientes. Novas estratégias de suporte ao transplante precisam ser desenvolvidas a fim de minimizar a mortalidade de pacientes em filas de espera. Logo, a proposta do transplante hepatocitário pode melhorar a qualidade de vida até o dia do transplante ou mesmo levar à recuperação do paciente. Contudo, o maior desafio para o uso clínico é a disponibilidade de hepatócitos em boas condições para o transplante e a criopreservação é um fator essencial a esta demanda, uma vez que torna possível o armazenamento de hepatócitos em grande escala. No entanto, hepatócitos são altamente suscetíveis ao processo de congelamento. Dessa forma, este estudo tem como objetivo desenvolver um protocolo de criopreservação de hepatócitos, utilizando substâncias naturais que possam minimizar as criolesões

Hepatócitos de ratos foram isolados por dois métodos de dissociação enzimática. A viabilidade celular foi analisada por exclusão do azul de tripan, calceína-AM, iodeto de propídio e pelo método de MTT antes e após a criopreservação. Hepatócitos recém isolados utilizando a enzima colagenase não nos permitiu medir a viabilidade pela técnica de exclusão do azul de tripan. Entretanto, tais células apresentaram atividade metabólica, confirmada pelo ensaio de MTT. O isolamento de hepatócitos de rato com o reagente de digestão Tryple Express mostrou ser eficaz no processo de isolamento das células hepáticas e nos permitiu avaliar a viabilidade em todos os métodos propostos. Além disso, demonstramos que hepatócitos podem ser criopreservados em DMSO a 5%, metade da concentração sugerida pela literatura. Células criopreservadas com 0,2 M de trealose, na ausência de DMSO, apresentaram maior viabilidade quando comparadas àquelas submetidas a apenas 5% de DMSO, demonstrando que a trealose é um potencial agente crioprotetor. (AU)