組織工学の足場としてのモジュラーマイクロケージの 3D プリント

組織工学の足場としてのモジュラーマイクロケージの 3D プリント
寄稿者: Wu Wenze、Gao Lin 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

骨髄間葉系幹細胞 (BMSC) は、脂肪細胞、骨芽細胞、軟骨細胞など、複数の細胞タイプに分化する能力を持っています。骨のリモデリングと再生を担う骨芽細胞は、骨粗鬆症などの疾患の治療や、人工骨インプラントの周囲に新しい骨の形成を促進して骨組織を修復するための有望なターゲットであると長い間考えられてきました。骨インプラントの二次元表面形態をナノスケールで設計することにより、インプラント周囲の BMSC の成長が促進され、骨の治癒が促進されます。骨のナノ多孔質表面形態は、骨組織の形成を誘導する上で重要な役割を果たします。骨インプラントの設計では、天然の骨を模倣したナノ多孔質表面形態が BMSC の骨形成分化を誘導し、骨再生を促進すると考えられています。

ナノポアのサイズとナノポアの表面粗さは、幹細胞の分化を決定する 2 つの重要な要因ですが、各要因のそれぞれの寄与についてはほとんどわかっていません。この問題に対処するため、ハーバード大学の研究者らは、ナノポアのサイズと粗さを制御できる2次元ナノ多孔膜(硬さは皮質骨に類似)上で骨髄間葉系幹細胞を培養し、その接着、拡散、分化挙動を研究しました。

図 1. 細胞実験の実験設計と細胞形態および局所接着の定量的結果により、ナノ多孔膜の細孔サイズと粗さが特徴付けられました。in vitro 細胞実験では、ナノ細孔表面の粗さを増加させても細胞接着に明らかな影響はなく、細胞拡散領域がわずかに減少し、骨形成分化が阻害されることが確認されました。しかし、より大きなナノポアを持つ膜上で培養された BMSC では、付着細胞が著しく少なく、拡散領域が著しく大きくなっていました。さらに、より大きなナノポアで培養されたこれらの細胞は骨形成分化が促進され、アルカリホスファターゼ、オステオカルシン、オステオポンチンなどの発現が増加しました。これらの結果は、ナノポアのサイズと粗さの両方が BMSC の細胞反応に影響を与える可能性があるものの、ナノポアのサイズの影響が粗さの影響よりも大きいことを示唆しています。

参考文献:
JX、YY、HW、et al. ナノポアサイズと表面粗さが骨髄由来幹細胞の付着、拡散、分化に与える影響の分離[J]。Biomaterials、248。doi:10.1016 / j.biomaterials.2020.120014

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