骨格幹細胞および前駆細胞の分化を促進するためのヒト骨細胞外マトリックスを含むナノ複合足場のバイオファブリケーション

骨格幹細胞および前駆細胞の分化を促進するためのヒト骨細胞外マトリックスを含むナノ複合足場のバイオファブリケーション
出典: バイオデザイン・製造 (BDM)

骨の修復には自家移植や金属インプラントがよく使用されますが、長期的な臨床効果を得るには不十分であるため、機能的な生体模倣組織工学の代替手段が必要です。組織の再生を促進するためにヒトの骨組織から合成された生体模倣材料インクを使用した骨組織の 3 次元 (3D) バイオプリンティングは、有望な製造方法であると考えられています。この方法は、ヒト骨細胞外マトリックス(骨 ECM)を利用して、ヒト骨髄間質細胞(HBMSC)に適した微小環境を提供し、それによってそれらの増殖と骨芽細胞への分化を促進します。本研究では、著者らは、押し出しベースの堆積技術を使用して、ヒト骨細胞外マトリックス(B)、ナノクレイ(Laponite®)、およびアルギン酸(A)ポリマーを混合することにより、新しい材料インク(LAB)を開発しました。このようなナノフィラーとポリマー材料の導入により、レオロジー特性、印刷性、薬物保持性が向上し、印刷プロセス中の HBMSC の生存能力が大幅に保護されました。ヒト骨細胞外マトリックスベースの複合 3D 構造には血管内皮増殖因子 (VEGF) が組み込まれており、生体外ニワトリ絨毛尿膜 (CAM) モデルに移植すると血管新生が強化されます。さらに、骨形成タンパク質-2 (BMP-2) と HBMSC の組み合わせにより、血管新生と石灰化がさらに促進されました。この研究では、ナノクレイと生体模倣材料(アルギン酸塩および骨 ECM)の相乗効果が、in vitro および ex vivo 実験で骨形成組織の形成を促進することを実証しました。これにより、個別化された骨組織の修復のための有望な新しい 3D バイオプリンティング方法が提供されます。

図 1 ナノクレイ、アルギン酸塩、ヒト骨の脱灰および脱細胞化の新しいバイオマテリアルインクの体系的なエンジニアリング図 2 複合インクの物理的特性の特性図 3 ナノクレイベースの骨細胞外マトリックスインクのレオロジー特性図 4 ナノ複合骨 ECM インクの印刷精度図 5 印刷後のヒト骨髄間質細胞 (HBMSC) の生存と増殖図 6 ナノクレイベースのインクは CAM モデルで VEGF の持続放出をサポートできます図 7 ナノ複合骨 ECM スキャフォールドは in vitro での石灰化をサポートします図 8 BMP-2 およびヒト骨髄間葉系幹細胞を含む 3D 印刷された CAM インプラント
生物骨格

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