血管構造の高速モールディングによる三次元骨組織の構築

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骨芽細胞の前駆細胞であるヒト骨髄由来間葉系幹細胞を混合したコラーゲンゲルを、撥水性表面に微小液滴としてドロップレットすることで、ビーズ状の構造体（Bone beads）を作製した。作製したBone beadsは，細胞牽引力により急激に収縮し、高濃度のコラーゲンを含む細胞凝集体を形成した。このBone beadsを骨分化培地で2週間培養し、培養後の骨の種のアルカリホスファターゼ(初期の骨分化マーカー)活性評価，Alizarin red染色（カルシウム基質を染色）を行った。その結果、Bone beadsのアルカリホスファターゼ活性は既存のスフェロイド培養と比較しても優位に上昇し、包埋した間葉系幹細胞の骨芽細胞への分化が確認され、Alizarin red染色によりカルシウム基質の産生が確認された。さらに、血管内皮細胞を表面に覆わせたBone beadsを鋳型に集積し、培養することで、Bone beads同士の間隙に、血管内皮細胞が密な血管ネットワークを形成したcmスケールの骨組織を形成した。この組織は骨の主要成分①骨芽細胞，②骨基質，③血管構造をすべて含んでおり、生体骨に類似した組織体と言える。この組織体を、頭蓋冠に自然治癒不可能なφ4ｍｍの欠損部を作製したヌードマウス (8週齢)に移植した結果、マイクロCT解析の結果から、既存の人工骨材料であるβ-TCPよりも高い再生能を有することが観察された。また、再生した骨組織の組織切片解析から豊富な血管網の形成が確認され、血管構造の導入により骨再生が促進されることが示された。