Microenvironmental Regulation of Stem Cells via Forest and Marine Glyco-nanofibers

通过森林和海洋糖纳米纤维调节干细胞的微环境

基本信息

批准号：
21K19150
负责人：
北岡卓也
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19150/
关键词：
ナノセルロースキチン・キトサン TEMPO酸化硫酸化・リン酸化細胞培養基材マイクロ粒子細胞応答制御細胞・組織工学構造多糖界面修飾多孔質フォーム細胞生育環境細胞組織工学ナノキチン界面物性幹細胞ニッチ

项目摘要

天然多糖ナノ素材として注目を集める樹木由来セルロースナノファイバーとキチンナノファイバーの明確な固体界面構造とナノファイバー形状に着目し、細胞生育の足場としての微小環境制御に挑んだ。本年度は以下の重要な成果を得た。（1）TEMPO酸化セルロースナノファイバーとキトサンナノファイバーをEDS化学で縮合することで、3D印刷可能なバイオインクの開発に成功した。ヒト肝がん細胞HepG2をゲル内で培養したところ、14日間のスフェロイド培養と高いアルブミン産生能を示した。（2）TEMPO酸化セルロースナノファイバーをカルシウム架橋することで、弾性率の異なるヒドロゲルを設計し、骨髄由来ヒト間葉系幹細胞を培養したところ、硬さの違いで細胞形態や遺伝子発現挙動に違いがみられた。（3）表面硫酸化セルロースナノファイバー基材上で、ラット副腎髄質由来褐色細胞腫PC-12を培養したところ、顕著な神経突起の伸長が観察され、極低濃度の分化誘導因子の添加でも機能した。（4）表面リン酸化セルロースナノファイバー基材上で、骨芽細胞様細胞MC3T3-E1を培養したところ、リン酸基量依存的な細胞接着挙動を示し、分化誘導培地なしで初期的な骨形成の促進が見られた。（5）セルロースナノファイバーとキチンナノファイバーをピッカリングエマルションでマイクロ粒子化したところ、ヒトHepG2やマウスKupffer細胞KUP5において特徴的なパイロトーシスが誘導された。素材単独ではこの現象が見られないことから、多糖微粒子が免疫系に直接働きかける未知機構が示唆された。生体内の細胞外マトリックスのナノ形状と界面構造を模倣可能な林産・海産資源由来の多糖ナノファイバーを駆使することで、培養細胞に直接働きかける様々な現象を見出した。これらは、細胞の生体機能を制御できるバイオアダプティブ素材として極めて有用であり、今後さらなる研究展開を図る。

为了关注树衍生的纤维素纳米纤维和几丁质纳米纤维的透明固体界面结构和纳米纤维形状，它们吸引了作为天然多糖纳米材料的注意力，我们挑战了微环境控制作为细胞生长的脚手架。今年，我们取得了以下重要结果：（1）通过使用EDS化学凝结恒温氧化的纤维素纳米纤维和壳聚糖纳米纤维，我们成功地开发了一种可以用3D打印的生物学。人肝癌细胞HEPG2在凝胶中培养，并具有14天的球体培养物表现出较高的白蛋白生产能力。（2）当通过钙交联的温度氧化纤维素纳米纤维设计具有不同弹性模量的水凝胶，并培养骨髓衍生的人间充质干细胞时，由于刚度差异而观察到细胞形态学和基因表达行为的差异。（3）当大鼠肾上腺髓质衍生的嗜铬细胞瘤PC-12在表面硫酸化的纤维素纳米纤维底物上培养时，观察到明显的神经突扩展，并且添加极低浓度的分化诱导剂也有效。（4）当成骨细胞样细胞MC3T3-E1在表面磷酸化的纤维素纳米纤维底物上培养时，细胞粘附行为以磷酸盐群级依赖性方式显示，并在没有分化诱导培养基的情况下促进了初始骨形成。（5）纤维素纳米纤维和几丁质纳米纤维的微粒被微孔乳液，并在人hepg2和小鼠kupffer细胞kup5中诱导特征性热胞病。单独使用材料观察到这种现象，这表明多糖颗粒直接影响免疫系统的未知机制。通过充分利用源自森林和海洋资源的多糖纳米纤维，它们可以模仿体内细胞外基质的纳米形和界面结构，我们发现了各种直接影响培养细胞的现象。这些是可以控制细胞生物学功能的生物适应材料，非常有用，我们将来将继续进一步研究。