生体力学的適合性を有する再生医療用関節層状組織の開発

用于再生医学的生物力学相容的关节分层组织的开发

基本信息

批准号：
14F04362
负责人：
東藤貢
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

現在，膝関節や股関節に変形性関節症が生じた場合，末期の状態では人工関節置換術が唯一の方法であるが，関節を本来の姿に戻す再生医療的な方法も広く検討されている．しかし，複雑な関節組織を再生する技術の確立は容易ではなく，いまだ検討すべき多くの問題が残されている．そこで，本研究では，上層が軟骨で下層が海綿骨となる層状組織を構築するための組織工学技術の基礎となる知見を得ることを目的とした．具体的には，軟骨層は，コラーゲンゲルとスポンジを複合化した足場材料に間葉系幹細胞（hMSC）を播種し軟骨細胞へと分化させることで作製することを試みた．一方，海綿骨層は，ハイドロキシアパタイトの焼結多孔質体にコラーゲンスポンジを導入した２相多孔質構造足場材料にhMSCを播種し骨芽細胞へと分化させることで作製することを行った．軟骨様組織については，前年度までに確立した組み合わせ培養法を応用して組織構築を行った．しかし，組織表面において線維芽細胞に脱分化する問題が生じ，それを解決するためにコラーゲンゲルで表層を覆うゲルラッピング法を開発した．この方法により脱分化は抑えられ足場材料全体にわたってhMSCは順調に軟骨細胞への分化することが確認された．海綿骨組織については，ハイドロキシアパタイトの焼成多孔体を作製後コラーゲンやキトサン等のポリマー相，さらにはポリマー相にHA粒子を分散させた複合材料を作製した．hMSCを播種し培養した後の圧縮力学特性を測定したところ，細胞の影響により弾性率は上昇する傾向にあった．また，細胞数は順調に増加しており，特にポリマーコーティングよりも２相構造の方が細胞増殖能に優れていた．また，３種類の空隙率の多孔体を比較したところ，より空隙率が高い方がALP活性に優れている一方，I型コラーゲンの発現量は空隙率が低い方が優れていることが明らかになった．

目前，当膝关节或髋关节发生骨关节炎时，人工关节置换是晚期的唯一选择，但将关节恢复到原始状态的再生医学方法也正在被广泛考虑。然而，建立复杂关节组织再生技术并不容易，许多问题仍有待研究。因此，本研究的目的是获得知识，作为组织工程技术构建上层软骨、下层松质骨的分层组织的基础。具体来说，我们尝试通过将间充质干细胞（hMSC）接种到由胶原凝胶和海绵复合而成的支架材料上来创建软骨层，并使它们分化为软骨细胞。另一方面，松质骨层是通过将 hMSC 接种到两相多孔支架材料中而形成的，其中将胶原海绵引入到烧结的羟基磷灰石多孔体中，并使它们分化为成骨细胞。对于软骨样组织，应用前一年建立的组合培养方法进行组织构建。然而，出现了组织表面去分化为成纤维细胞的问题，为了解决这个问题，我们开发了一种用胶原凝胶覆盖表层的凝胶包裹方法。已证实该方法抑制了去分化，并且 hMSC 在整个支架材料中顺利分化为软骨细胞。对于松质骨组织，我们创建了羟基磷灰石的烧制多孔体，然后是胶原蛋白或壳聚糖等聚合物相，然后是透明质酸颗粒分散在聚合物相中的复合材料。当我们测量hMSC接种和培养后的压缩机械性能时，我们发现由于细胞的影响，弹性模量趋于增加。此外，细胞数量稳定增加，特别是两相结构比聚合物涂层具有更好的细胞增殖能力。此外，当比较具有三种孔隙率的多孔材料时，发现孔隙率较高的多孔材料在ALP活性方面更优越，而孔隙率较低的多孔材料在I型胶原蛋白表达方面更优越。