東華大学の He Chuanglong 氏、上海交通大学の Wang Jinwu 氏と Ma Xiaojun 氏: 骨の修復のための 3D プリントされたバイオニックスキャフォールド!

出典: EngineeringForLife

組織工学骨スキャフォールドの優れた微細構造と生物学的活性は、骨欠損の再生効果と密接に関係しています。しかし、大きな骨欠損の治療においては、それらのほとんどは十分な機械的強度、高い多孔性構造、良好な血管新生および骨形成活性の要件を満たすことができません。

最近、「花壇」の特徴にヒントを得て、東華大学の何創龍教授、上海交通大学の王金武氏、馬暁軍氏が協力し、3Dプリントと電界紡糸技術を駆使して、血管新生した骨の再生を誘導するナノファイバー凝集体を豊富に含む二重因子送達スキャフォールドを構築した。生体内および生体外実験の結果、デュアルファクターデリバリースキャフォールドは生体適合性が良好で、内皮細胞と骨芽細胞を刺激することで血管新生と骨形成を大幅に促進し、HIF-1α経路と免疫調節効果を活性化することで組織の成長と血管化骨の再生を効果的に促進することが示されました。結論として、この研究は、骨再生のための骨微小環境に適合した生体模倣足場を構築するための有望な戦略を提供します。

1. 足場材料の調製と特性評価<br /> 短いナノファイバーの濃度を変えることで、スキャフォールド内のナノファイバー密度を調整できます。マクロ写真から見ると、SrHA@PCL スキャフォールドは PCL スキャフォールドよりも白く見えます。 DMSNs/SrHA@PGP スキャフォールドは、短いナノファイバーで組み立てた後、より簡単に得られました。 PCL スキャフォールドは滑らかな縦断面を示しましたが、SrHA@PCL スキャフォールドは SrHA ナノ粒子の組み込みにより粗い断面を示しました。 DMSN を添加すると、繊維の粗さが増加し、繊維の直径が小さくなります。短ナノファイバーの供給濃度が 1 wt % の場合、複合スキャフォールドは明らかな多孔質構造を示し、ナノファイバー構造は比較的緩い。ナノファイバー成分の濃度が増加すると、分散されたナノファイバーの密度が増加し、細孔サイズが大幅に減少します。ナノファイバー含有量が 4% の複合スキャフォールドと比較すると、ナノファイバー含有量が 2% の複合スキャフォールドは明らかな多孔質構造を持ち、細胞の成長を促進します。
図 1 足場材料の調製と特性2. 複合足場の細胞増殖、移動、管形成への影響 <br /> PGP、SrHA@PGP、DMSNs@PGP、およびDMSNs/SrHA@PGPスキャフォールドの生体適合性を評価するために、BMSCsおよびHUVECsをスキャフォールド上で1、4、および7日間培養したところ、培養時間の延長に伴いBMSCsの数が大幅に増加することがわかりました。培養7日目には、初日に測定した値と比較して吸光度が約2倍に増加しました。 4 つのグループ間で足場細胞の生存率に有意差はありませんでした。さらに、核とアクチン染色を用いた共焦点顕微鏡により、スキャフォールド上の HUVEC の増殖と形態を観察しました。蛍光画像から、培養時間の増加に伴い、スキャフォールドに接着した細胞数が大幅に増加したことがわかります。次に、採取した培養上清がHUVECの機能に及ぼす影響をチューブ形成アッセイにより調査した。 6 時間インキュベートした後、マトリゲル上にさまざまな程度の管状構造が形成されるのが観察されました。具体的には、蛍光画像により、SrHA@PGP、DMSNs@PGP、および DMSNs/SrHA@PGP グループが他のグループよりも有意に多くの血管チューブ形成を示したことが示されました。これらの結果は、DMOG を充填したスキャフォールドが優れた血管新生促進能を有することを示しています。

図2 複合スキャフォールドが細胞増殖、移動、管形成に与える影響元のリンク:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c00598

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