Development of in vivo tissue engineering technology utilizing cell cross-linked hydrogel systems

ヒト筋衛星細胞をアジド化マンノサミン存在下で2日間培養してアジド化筋衛星細胞を作製した後、複数のジベンゾシクロオクチン基 (DBCO) を導入した直鎖型アルギン酸とクリック架橋反応させることで筋衛星細胞ゲルを作製した。各種筋衛星細胞架橋ゲルおよびコントロールの筋衛星細胞内包ゲル（筋衛星細胞がアルギン酸が連結していない）に対して、10％のひずみが生じるように10分間だけ圧縮刺激を与えて核の形態変化を評価した結果、細胞架橋ゲル内の細胞核は大きく歪んで扁平化したが、細胞内包ゲルでは核扁平化は起こらなかったことより、細胞架橋ゲルでは与えたメカノシグナルが力学伝導体であるアルギン酸を介してゲル内の細胞に伝わり、細胞が受けたメカノシグナルがそのまま核に伝わり核が扁平化したと考えられる。骨格筋組織で発生する伸展刺激をin vitroで再現する伸展培養装置を用いて、筋衛星細胞架橋ゲルおよび内包ゲルを培養し、分化にかかる転写共役因子YAPの核内移行および筋分化について評価した。その結果、細胞架橋ゲルではYAPの核内移行が短時間で促進されたが、細胞内包ゲルではYAPの核内移行は見られなかった。以上の結果より、筋衛星細胞架橋ゲルでは、筋衛星細胞がメカノシグナルを生化学シグナルにトランスデュースするのではなく、メカノシグナルのままダイレクトに且つ素早く核に伝達することができることが分かった。大腿筋損傷マウスに筋衛星細胞架橋ゲルおよび細胞内包ゲルを投与し、筋力の変化および再建部位の組織学的評価を行った結果、細胞架橋ゲルでは元の筋力レベルまで回復が見られ、再建組織の大部分は筋線維であったが、細胞内包ゲルではほとんど筋力は回復せず、また線維化した組織が再建された。以上の動物実験はin vitro実験で得た知見と一致しており、力学刺激を活用することの意義を実証できた。

ヒト筋衛星細胞をアジド化マンノサミン存在下で2日間培養してアジド化筋衛星細胞を作製した後、複数のジベンゾシクロオクチン基 (DBCO) を導入した直鎖型アルギン酸とクリック架橋反応させることで筋衛星細胞ゲルを作製した。各種筋衛星細胞架橋ゲルおよびコントロールの筋衛星細胞内包ゲル（筋衛星細胞がアルギン酸が連結していない）に対して、10％のひずみが生じるように10分間だけ圧縮刺激を与えて核の形態変化を評価した結果、細胞架橋ゲル内の細胞核は大きく歪んで扁平化したが、細胞内包ゲルでは核扁平化は起こらなかったことより、細胞架橋ゲルでは与えたメカノシグナルが力学伝導体であるアルギン酸を介してゲル内の細胞に伝わり、細胞が受けたメカノシグナルがそのまま核に伝わり核が扁平化したと考えられる。骨格筋組織で発生する伸展刺激をin vitroで再現する伸展培養装置を用いて、筋衛星細胞架橋ゲルおよび内包ゲルを培養し、分化にかかる転写共役因子YAPの核内移行および筋分化について評価した。その結果、細胞架橋ゲルではYAPの核内移行が短時間で促進されたが、細胞内包ゲルではYAPの核内移行は見られなかった。以上の結果より、筋衛星細胞架橋ゲルでは、筋衛星細胞がメカノシグナルを生化学シグナルにトランスデュースするのではなく、メカノシグナルのままダイレクトに且つ素早く核に伝達することができることが分かった。大腿筋損傷マウスに筋衛星細胞架橋ゲルおよび細胞内包ゲルを投与し、筋力の変化および再建部位の組織学的評価を行った結果、細胞架橋ゲルでは元の筋力レベルまで回復が見られ、再建組織の大部分は筋線維であったが、細胞内包ゲルではほとんど筋力は回復せず、また線維化した組織が再建された。以上の動物実験はin vitro実験で得た知見と一致しており、力学刺激を活用することの意義を実証できた。