四川大学の張興東院士のチーム：バイオニックマトリックスは、3Dプリントされた勾配多孔質足場の再生微小環境を再構築し、骨再生を加速します。

出典: ポリマーテクノロジー

理想的な骨再生インプラントの探求は、現在も進行中の臨床上の課題です。天然骨組織の微細構造では、固体無機成分（ハイドロキシアパタイト）が主に支持、保護、荷重支持の役割を担い、軟質有機成分（コラーゲン繊維、多糖類）は幹細胞の増殖と移動に重要な役割を果たします。したがって、天然骨の硬軟の組み合わせのハイブリッド構造と機能を効果的にシミュレートすることは、幹細胞の運命を調節し、骨の再生プロセスを改善するのに役立ちます。 3D プリント技術は、組織工学スキャフォールドの構造を正確に制御するために使用でき、特に規則的な細孔とユーザー定義の構造を作成するために使用でき、組織工学の分野で広く使用されています。しかし、現在主流の PCL、PLA などをベースとした押し出し 3D プリントスキャフォールドでは、組織のリモデリング中に長期的かつ安定した栄養供給を行うことが困難です。また、表面には活性リガンドがないため、細胞接着や下流の細胞イベントが効果的に行われず、骨組織の再生に必要な生理学的微小環境をシミュレートすることが困難です。

上記の問題に対応するため、四川大学バイオメディカル工学学院/国立バイオメディカル材料工学研究センターのSun Yong研究員とFan Yujiang教授は、以前の研究（Nat. Commun.、2022年、Adv. Funct. Mater.、2023年）に基づき、ドーパミンを介した化学統合を利用して、ポリドーパミンでコーティングされた3DプリントPCLスキャフォールド内のバイオニック細胞外マトリックスゲルを改変し、ソフトとハードを組み合わせたアクティブ骨プロテーゼ（BM-g-DPCL、図1）を構築しました。この戦略は、3D プリントされたスキャフォールドの移植後の再生微小環境を改善し、骨形成マトリックスのリモデリングにおいて重要な役割を果たします。その中で、勾配多孔質構造設計は、潜在的な細胞移動と栄養素の質量移動を促進します。ポリドーパミンでコーティングされた「硬い」PCLスキャフォールドは、カルシウムイオンのキレート化とそれに続く骨様体の沈着を促進し、インプラントの機械的環境を維持します。ポリフェノール基によって化学的に固定された「柔らかい」ゲルマトリックスは、再生微小環境を改善し、幹細胞の接着、増殖、骨形成分化を強化します。能動骨修復（BM-g-DPCL）は内因性幹細胞（ESC）の募集を加速し、急速な血管新生を開始しました（図2）。ウサギの頭蓋骨欠損モデル（Φ = 10 mm）では、アクティブスキャフォールドが新しい組織とインプラント界面の融合を促進し、スキャフォールド内部に新しい骨マトリックスの沈着を誘発しました（図3）。プロテオミクスにより、サイトカインの付着、バイオミネラリゼーションの沈着、急速な血管新生、細胞外マトリックス形成の促進が骨欠損治癒を促進する主な要因であることが確認されました (図 4)。軟質成分と硬質成分を高度に化学的に結合するこの生体模倣戦略は、細胞/因子を含まない組織工学スキャフォールド再生のための新しい戦略を提供します。

図 1 活性骨修復体 BM-g-DPCL の構築図 2 生体模倣マトリックスが体外での rBMSC の移動と体内での内因性幹細胞 (ESC) の動員を加速図 3 ウサギの重大な頭蓋骨欠損の内因性骨再生図 4 タンパク質発現の差異が骨形成分化のメカニズムを解明関連する研究結果は、「共有結合した生体模倣マトリックスが多孔質勾配ポリカプロラクトン足場の再生微小環境を再構築し、骨リモデリングを加速」というタイトルで 2023 年 2 月に「Small」に掲載されました。

オリジナルリンク:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202206960

四川大学の張興東院士のチーム：バイオニックマトリックスは、3Dプリントされた勾配多孔質足場の再生微小環境を再構築し、骨再生を加速します。

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