Functional Tissue Fabrication on Surfaces with Complex Stiffness Gradient developed by 3D Printing

本研究は、過酸化水素のインクジェットパターニングによって得られる不均一な剛性を持つハイドロゲルを作製することを目的とする。このシステムは、過酸化水素が西洋ワサビペルオキシダーゼ（HRP）を介した架橋において、架橋を誘導して剛性を高める一方で、酸化剤としてポリマーを分解し、ハイドロゲルの剛性を下げるという矛盾した役割を果たすことを利用したものである。2.0w/v%フェノール化ゼラチンとヒアルロン酸を含む溶液に、過酸化水素を含む16ppmの空気を15分間暴露した後、得られたハイドロゲルに10mM過酸化水素をパターニングして非一様な硬さのヒドロゲルを作製した。その結果、ハイドロゲル上にパターン化された過酸化水素によりハイドロゲルを構成する高分子が部分的に分解され、パターン化されていない領域（1.5 kPa）と比較して低い剛性（0.5 kPa）を示し、ハイドロゲルに剛-柔-剛領域を効果的に形成することができた。この技術を用いて生成された不均一な硬さのハイドロゲルは、骨軟骨（軟骨から骨）組織、筋肉と腱、腱と骨の接合部、胚発生時の神経管に見られるような、一般的に使用される均一な硬さのバルクハイドロゲルでは得られない、本来の組織の状態を模倣することができた。このシステムを、ヒト間葉系幹細胞（UE7T-13）、マウス線維芽細胞（10T1/2）、マウス骨格筋芽細胞（C2C12）を用いた細胞-基板相互作用の評価に適用したところ、細胞の生存に影響を与えず（生存率95％以上）、細胞への毒性を持つアクリルアミド系材料を用いて不均一な硬さのハイドロゲルを作製する既報の手法に代わるものであることを明らかにすることができた。

本研究は、過酸化水素のインクジェットパターニングによって得られる不均一な剛性を持つハイドロゲルを作製することを目的とする。このシステムは、過酸化水素が西洋ワサビペルオキシダーゼ（HRP）を介した架橋において、架橋を誘導して剛性を高める一方で、酸化剤としてポリマーを分解し、ハイドロゲルの剛性を下げるという矛盾した役割を果たすことを利用したものである。2.0w/v%フェノール化ゼラチンとヒアルロン酸を含む溶液に、過酸化水素を含む16ppmの空気を15分間暴露した後、得られたハイドロゲルに10mM過酸化水素をパターニングして非一様な硬さのヒドロゲルを作製した。その結果、ハイドロゲル上にパターン化された過酸化水素によりハイドロゲルを構成する高分子が部分的に分解され、パターン化されていない領域（1.5 kPa）と比較して低い剛性（0.5 kPa）を示し、ハイドロゲルに剛-柔-剛領域を効果的に形成することができた。この技術を用いて生成された不均一な硬さのハイドロゲルは、骨軟骨（軟骨から骨）組織、筋肉と腱、腱と骨の接合部、胚発生時の神経管に見られるような、一般的に使用される均一な硬さのバルクハイドロゲルでは得られない、本来の組織の状態を模倣することができた。このシステムを、ヒト間葉系幹細胞（UE7T-13）、マウス線維芽細胞（10T1/2）、マウス骨格筋芽細胞（C2C12）を用いた細胞-基板相互作用の評価に適用したところ、細胞の生存に影響を与えず（生存率95％以上）、細胞への毒性を持つアクリルアミド系材料を用いて不均一な硬さのハイドロゲルを作製する既報の手法に代わるものであることを明らかにすることができた。