フェニル-2,4,6-トリメチルベンゾイルホスフィン酸リチウムで光重合したゼラチンメタクリロイル系ハイドロゲルのヒト初代腎近位尿細管上皮細胞における毒性と光増感性の評価

Toxicity and photosensitizing assessment of gelatin methacryloyl-based hydrogels photoinitiated with lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate in human primary renal proximal tubule epithelial cells.

• Alexander K Nguyen
• Peter L Goering
• Vytas Reipa
• Roger J Narayan

抄録

ゼラチンメタクリロイル（GelMA）とフェニル-2,4,6-トリメチルベンゾイルホスフィン酸リチウム（LAP）光開始剤を組み合わせて感光性ポリマーを製造することは一般的に行われているが、未反応モノマーの存在は細胞毒性があることが知られており、リチウム塩は急性腎障害を引き起こすことが知られている。本研究では、異なるLAP濃度と架橋照明時間で架橋した細胞性10％GelMAハイドロゲルを用いて、細胞毒性、光増感能、弾性率を評価した。各製剤の抽出物に曝露したヒト初代腎近位尿細管上皮細胞（ｈＲＰＴＥＣ）を用いて、アラマーブルーおよびＣｙＱｕａｎｔダイレクト細胞生存率アッセイを実施した。架橋中の紫外線照射は、いずれのアッセイにおいても抽出物の細胞毒性に影響を及ぼさないことがわかった。LAP濃度は、Alamar Blueアッセイで決定されたように抽出物の細胞毒性に影響を与えなかったが、CyQuant Direct細胞アッセイではhRPTECの生存率を低下させた。NADH酸化に対する製剤抽出物の光触媒活性を光増感性のスクリーニング方法として使用した。最後に、ナノインデンテーションを用いて測定した弾性率は、LAP濃度に関係なく、342mJ/cm、2.87mWのUV-A曝露で約20-25kPaにプラトーすることがわかった。バイオプリンティングで一般的に使用される濃度（<0.5% w/w）でのLAPは、2つの生存率アッセイから決定された細胞毒性評価の違いは、細胞膜の損傷を示唆しており、さらに調査する必要がありますが、細胞毒性は認められませんでした。すべての製剤の完全な架橋は、予測可能な最終弾性率を維持しながら光触媒活性を低下させた。

Gelatin methacryloyl (GelMA) and lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzoylphosphinate (LAP) photoinitiator are commonly used in combination to produce a photosensitive polymer but there are concerns that must be addressed: the presence of unreacted monomer is well known to be cytotoxic, and lithium salts are known to cause acute kidney injury. In this study, acellular 10% GelMA hydrogels cross-linked with different LAP concentrations and cross-linking illumination times were evaluated for their cytotoxicity, photosensitizing potential, and elastic moduli. Alamar Blue and CyQuant Direct Cell viability assays were performed on human primary renal proximal tubule epithelial cells (hRPTECs) exposed to extracts of each formulation. UV exposure during cross-linking was not found to affect extract cytotoxicity in either assay. LAP concentration did not affect extract cytotoxicity as determined by the Alamar Blue assay but reduced hRPTEC viability in the CyQuant Direct cell assay. Photocatalytic activity of formulation extracts toward NADH oxidation was used as a screening method for photosensitizing potential; longer UV exposure durations yielded extracts with less photocatalytic activity. Finally, elastic moduli determined using nanoindentation was found to plateau to approximately 20-25 kPa after exposure to 342 mJ/cm at 2.87 mW of UV-A exposure regardless of LAP concentration. LAP at concentrations commonly used in bioprinting (<0.5% w/w) was not found to be cytotoxic although the differences in cytotoxicity evaluation determined from the two viability assays imply cell membrane damage and should be investigated further. Complete cross-linking of all formulations decreased photocatalytic activity while maintaining predictable final elastic moduli.