角膜上皮細胞移植の可能性のある手段としてのAntheraea pernyi silk fibroinから調製された自立膜の評価

Assessment of freestanding membranes prepared from Antheraea pernyi silk fibroin as a potential vehicle for corneal epithelial cell transplantation.

• Thomas A Hogerheyde
• Shuko Suzuki
• Sally A Stephenson
• Neil A Richardson
• Traian V Chirila
• Damien G Harkin
• Laura J Bray

抄録

ボムビックスモリシルクフィブロイン（BMSF）から作成された自立型膜は、透明で、ヒト角膜上皮（HCE）細胞の増殖をサポートするため、角膜細胞移植のための可能性のある手段を提供しています。野生のカイコAntheraea pernyi（APSF）由来のフィブロインは、BMSFには存在しない細胞接着部位を含んでいるため、優れた材料となる可能性がある。そこで我々は、APSFから透明で自立した膜を製造する可能性を調査し、この材料上でのHCE細胞の挙動を分析した。いずれのフィブロイン上で培養した短期のHCE細胞培養においても、細胞数や表現型に有意な差は観察されなかった。しかし、透明な自立型APSF膜の作製は、APSFのキャスト溶液は不透明になりやすく、透過性が著しく低く、BMSF膜よりも脆いため、問題があることが判明した。どちらの膜で培養したHCE細胞の培養でも、サイトケラチン対3/12は表層に免疫局在しており、正常な層状形態を形成していた。APSFから透明な自立膜を作製することは可能であるが、この生体材料に関連した技術的な難しさと、細胞増殖の増強が見られないことから、角膜細胞移植のための好ましい手段としてBMSFの開発を継続することが望ましいと結論付けている。それにもかかわらず、APSFを処理するための技術を改良すれば、この材料の取り扱い特性と性能の改善につながる可能性がある。

Freestanding membranes created from Bombyx mori silk fibroin (BMSF) offer a potential vehicle for corneal cell transplantation since they are transparent and support the growth of human corneal epithelial (HCE) cells. Fibroin derived from the wild silkworm Antheraea pernyi (APSF) might provide a superior material by virtue of containing putative cell-attachment sites that are absent from BMSF. Thus we have investigated the feasibility of producing transparent, freestanding membranes from APSF and have analysed the behaviour of HCE cells on this material. No significant differences in cell numbers or phenotype were observed in short term HCE cell cultures established on either fibroin. Production of transparent freestanding APSF membranes, however, proved to be problematic as cast solutions of APSF were more prone to becoming opaque, displayed significantly lower permeability and were more brittle than BMSF-membranes. Cultures of HCE cells established on either membrane developed a normal stratified morphology with cytokeratin pair 3/12 being immuno-localized to the superficial layers. We conclude that while it is feasible to produce transparent freestanding membranes from APSF, the technical difficulties associated with this biomaterial, along with an absence of enhanced cell growth, currently favour the continued development of BMSF as a preferred vehicle for corneal cell transplantation. Nevertheless, it remains possible that refinement of techniques for processing APSF might yet lead to improvements in the handling properties and performance of this material.