エンジニアリング活性線維構造体：短コラーゲンマイクロファイバーを用いた幹細胞搭載コラーゲン由来ヒドロゲルのバイオプリンティング

科学分野:

• 生体材料科学
• 組織工学
• 再生医療

背景:

• コラーゲンなどの天然ヒドロゲルは、細胞-マトリックス相互作用の研究や組織工学に有望である。
• 細胞搭載型天然ヒドロゲルの十分な印刷性、形状保持性、安定性を備えたバイオプリンティングには課題が存在する。

研究 の 目的:

• 安定した細胞搭載型天然ヒドロゲル構造体のバイオプリンティングのための新規バイオインクを開発する。
• コラーゲンベースのバイオインクの印刷性と機械的特性を向上させる。
• バイオプリントされた構造体内の封入幹細胞の増殖と分化を調査する。

主な方法:

• 非水溶性の短鎖I型コラーゲンマイクロファイバー（COL-I μFiber）と、水溶性のメタクリル化コラーゲンペプチド（COPMA）、およびキサンタンガム（XG）を混合してバイオインクを調製した。
• このCOPMA-μFiber-XGバイオインクをUV硬化および自己修復特性を持つ安定な構造体にバイオプリンティングした。
• ヒト間葉系幹細胞（hMSC）を封入し、増殖、分化、細胞外マトリックス産生を含む挙動を28日間モニタリングした。

主要な成果:

• COPMA-μFiber-XGバイオインクは、印刷性と機械的特性が向上し、安定した構造体を形成した。
• 封入されたhMSCは、代謝活性が増加し、COL-I μFiberに沿って広がり、細胞外マトリックスと生理活性タンパク質を産生した。
• 構造体の物理化学的シグナルと外部成長因子との相乗効果により、幹細胞の分化が促進された。

結論:

• バイオプリントされた線維性COPMA-μFiber-XG構造体は、生体適合性と生理活性を有するマトリックスである。
• これらの構造体は、hMSCの増殖と分化を効果的に支持する。
• 開発されたバイオインクは、高度な組織工学用途に有望なプラットフォームを提供する。