湖南大学: 3Dプリントされた繊維足場と幹細胞を使用して皮膚再生を実現

寄稿者: 江南、何建康

皮膚は人体の中で最大の器官です。皮膚は外部環境に対するバリアとして、個体の生存に重要な役割を果たします。皮膚の損傷は日常生活で非常によく起こります。損傷を修復するには、出血を速やかに止めるだけでなく、皮膚機能を回復させることも必要です。しかし、自然な皮膚修復では、元の組織構造や機能に近い完全な再生を達成することは難しいため、皮膚の再生を助ける新しい方法が必要です。

最近、湖南大学生命科学学院の研究者らは、生物学的3Dプリント法を用いて、皮膚組織の再生を目的とした組織工学による皮膚を構築した。組織工学で作られた皮膚は、ポリカプロラクトン (PCL) とバクテリアセルロースで構成されており、生体適合性が良好です。脂肪由来間葉系幹細胞をスキャフォールド上に播種しました。この細胞足場複合体は、皮膚の修復プロセスにおけるその重要な役割を観察するために、マウスの皮膚欠損部に移植されました (図 1)。

図 1 細胞複合 3D プリント組織工学スキャフォールドを使用した皮膚欠損の修復研究者らはまずこのスキャフォールドの生体適合性を観察しました。研究の結果、スキャフォールドは細胞毒性がなく、細胞はスキャフォールドに付着し、移植後 1 日で増殖し始めたことが確認されました。細胞移植から3日後、足場は細胞で完全に覆われ、細胞生存率は99％に達しました。セルは印刷された繊維の方向と平行に配列されます。そして時間が経つにつれて、細胞は徐々に足場の内部に浸透していきます。（図2）。

図2 スキャフォールド上での細胞の成長と移動（ac 細胞生死染色、df 培養皿表面で3日間成長した細胞、gi スキャフォールド表面で3日間成長した細胞、jk 培養3日後の細胞方向分析、ln 培養3日後の細胞浸透）この組織工学皮膚の皮膚欠損に対する修復効果を検証するために、研究者らはマウスの皮膚表面に円形の欠損を作成し、この細胞複合組織工学スキャフォールドで修復しました。研究により、修復なしまたは細胞を含まない足場修復と比較して、細胞と複合した組織工学足場は皮膚欠陥の修復を加速できることがわかっています。実験群は14日目に創傷閉鎖を達成し、10日目には創傷治癒面積が95％に達し、これは細胞を含まない群の75％と非修復群の58％よりも高かった。つまり、細胞を複合した組織工学スキャフォールドは創傷治癒を加速でき、外観も天然皮膚に近く、スキャフォールドが皮膚修復を促進する効果があることが確認された（図3）。

図 3 組織工学スキャフォールドが皮膚の欠損を修復する (a さまざまな方法を使用してマウスの皮膚の欠損を修復、b 皮膚の欠損治癒のシミュレーション、c 皮膚の欠損治癒の定量化) この新しいタイプの細胞複合組織工学スキャフォールドの出現は、皮膚の修復を促進する組織工学皮膚の研究に新しいアイデアをもたらします。今後さらに研究が進めば、この材料が臨床現場で使用され、より多くの皮膚損傷患者が一日も早く回復できるようになると信じています。

参考文献:
Huang, R., J. Wang, H. Chen, X. Shi, X. Wang, Y. Zhu, および Z. Tan, 線維性足場のトポグラフィーは皮膚組織の再生における Ad-MSC の傍分泌機能を調節します。Biomaterials science, 2019. 7(10): p. 4248-4259.

寄稿者: 江南、何建康寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

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