溶融押出し積層造形アプリケーションにおける表面グラフト生体分子の密度を制御するためのシンプルな戦略

溶融押出し積層造形アプリケーションにおける表面グラフト生体分子の密度を制御するためのシンプルな戦略
出典: バイオデザイン・製造 (BDM)

この研究論文は、単純な戦略を通じて、溶融押し出し積層造形アプリケーションにおける表面グラフト生体分子の密度を制御することに焦点を当てています。

溶融押し出し積層造形法 (ME-AM) は、組織工学用途の多孔質スキャフォールドを作製するための有望な技術です。しかし、ほとんどの合成半結晶性ポリマーは、細胞運命を制御するために必要な固有の生体活性を持っていません。付加的に製造されたスキャフォールドのポリマー表面に生体分子をグラフトすると、構造体の生体活性を高めることができますが、現在のところ表面密度を制御するために利用できる戦略は限られています。ここでは、直交反応性アジド基を含む低分子量ポリカプロラクトン(PCL5k)と非官能化高分子量ポリカプロラクトン(PCL75k)を異なる比率で混合することにより、生物活性基の表面密度を調整する戦略を報告します。本論文では、著者らは、低分子量 PCL5k を高含有量 (75 重量%) で使用して、安定した多孔質の 3 次元スキャフォールドを調製しました。概念実証として、著者らはホットプレスを使用して、質量比が異な​​る3種類の低分子量および高分子量ポリマーフィルムを調製し、表面でアルキニル化蛍光モデル化合物と反応させて、201~561 pmol/cm2の密度を得ました。次に、骨形成タンパク質2(BMP-2)由来ペプチドを異なる混合比を含むフィルムに移植し、ペプチド表面密度がヒト間葉系幹細胞(hMSC)の骨形成分化に及ぼす影響を評価しました。基礎培地で 2 週間培養した後、細胞は結合ペプチドを含むフィルム上で BMP 受容体 II (BMPRII) のレベルを高めました。さらに、この研究では、アルカリホスファターゼ活性は、最も高いペプチド密度(561 pmol/cm2)を含むフィルム上でのみ大幅に強化され、表面密度の重要性が示されたことが判明しました。これらの結果を総合すると、細胞と物質の界面では、表面ペプチドの密度が細胞分化に影響を与えることを考慮する必要があることがわかります。さらに、(改質された)ポリマーを混合することでバルクおよび表面の機能性を調整するための実行可能な ME-AM 戦略が提案されています。さらに、アルキニルアジドクリックケミストリーは、多くの組織特異的成分の空間制御を可能にするため、このアプローチは組織工学アプリケーションのための多目的な戦略となります。

図1 本研究の概略図2 異なる混合ポリマー比で調製した ME-AM スキャフォールド図3 圧縮試験におけるスキャフォールドの機械的特性図4 異なる表面化合物密度を持つ脱窒表面フィルム上のアルキニルモデル化合物の表面密度の測定図5 上段と下段の αN3 εCL-co-εCL フィルム上の BMP-2 由来ペプチドを付着させた hMSC と付着させていない hMSC の蛍光画像
押し出し、溶融、バイオ

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