骨組織

骨形成を調整する機械微環境

骨組織は一種の無機-有機ナノ複合材料であり、I型コラーゲン原線維维に包まれるヒドロキシアパタイトナノ晶体からなる。我々は骨組織工程に提供したバイオインク、CELLINK BONEとGelXA BONEは、主に骨の化学成分を模擬した。我々のバイオインクにより、骨細胞はバイオプリント中で整合できる、しかもサポーター全体での均等分布に骨組織の間隙率特徴を提供した。

目的

本研究の目的はGelXA BONEバイオインクでバイオプリントされた組織コンストラクタの機械共通性、及び表示される細胞微環境の機械特性と細胞行為との関連性を証明すること。

 

利用するCELLINK製品

  • GelXA BONE
  • BIO X

レオロジー

GelXAバイオインクはゼラチンに基づくヒドロゲルであり、プリントにおいて熱環境への敏感をなくすためのものである。一定の環境条件でカットされる。また、プリント圧力を微調整するだけで20℃から26℃までの温度で滑らかにプリントできる。例えばGelXA BONE隣の図の示す通り。GelXAバイオインクはキサンタンガムを含有するので、増粘剤として最大限でプリント後のあらゆる不利な流動を減少することができる。これより、より高解像度、輪郭がより明晰な構造がプリントできる。

機械性能

貯蔵弾性率で表示されるGelXA BONEコンストラクタの剛度は使用する架橋結合の方法による。まさに、二重架橋結合は最高の初期剛度を提供するが、イオン架橋結合が中等の剛度、光架橋結合が最低の剛度をを提供する。28日の実験で、全ての状況の剛度が下降した。中には、光架橋結合バイオインクの剛度の下降は無視できる。二重架橋結合バイオインクの剛度下降は的中、ヨウ素架橋結合バイオインクの剛度は急激に下降した。これに対する予測は、Ca2 +イオンがコンストラクタに拡散し、イオン架橋結合が時間の推移につれて不安定になるから。

造骨細胞のネットワーク形成

BIO XでバイオプリントされたGelXA BONEコンストラクタでは、造骨細胞が正常の生理行為に類似する表現(スケーリング細胞が細胞網を形成する)を見せたが、架橋結合別のサンプルに明らかな差が存在することが観察できる。最も柔らかいイオン架橋結合コンストラクタは細胞拡散に最適な微環境を提供した。なお35日目に細胞網が広く形成されているのが見える。固い光架橋結合と二重架橋結合コンストラクタでは、細胞の拡散は不明確であり、48日目に細胞網の形成が観察できる。

造骨標識の表現

造骨細胞は類骨と呼ぶ一種の基質材料を表現する、主に1型骨コラーゲンからなる。I型骨コラーゲンは造骨の早期標識である。全てのGelXA BONEコンストラクタでの造骨細胞は35日目にI型骨コラーゲンを表現した。それぞれ分化培養基を添加し、21日間培養した(横の図)。I型コラーゲンの表現は48日目から下降し始めた。面白いことに、我々は埋込機械安定性の最も高い構造(この場合は光架橋結合構造)の造骨細胞でのI型骨コラーゲンの表現が最も高いのを観察した。

結論

この研究によると、GelXA BONEの用途が広く、架橋結合技術によって異なるバイオプリント温度と骨細胞微環境の精密機械調整ができる。我々はバイオプリントコンストラクタで造骨細胞を48日間培養し、骨形成の早期標識を見つけることができた。