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組換えクモの絹タンパク質eADF4(C16)-RGDコーティングは心臓組織工学に適している
Recombinant spider silk protein eADF4(C16)-RGD coatings are suitable for cardiac tissue engineering.
PMID: 32472031 PMCID: PMC7260369. DOI: 10.1038/s41598-020-65786-4.
抄録
心臓組織工学は、世界的に大きな社会経済的負担となっている心血管疾患の治療法として有望なアプローチである。しかし、心筋細胞の付着を可能にし、免疫親和性、生体親和性、機械的特性に優れた心臓組織工学に最適な材料はまだ見つかっていません。また、最適な収縮力を得るために、適切な階層構造や心筋細胞密度の高い構造を生成するための作製法を開発することも課題となっている。このため、心臓組織工学に適した材料の特定が注目されている。ここでは、コーティングとして使用できるだけでなく、3Dプリントも可能なトリペプチドアルギニル-グリシル-アスパラギン酸細胞接着モチーフRGDでタグ付けされた人工クモ絹タンパク質（eADF4(C16)）と新生児ラット心臓細胞との相互作用を調べた。心筋細胞、線維芽細胞、内皮細胞はeADF4(C16)-RGDコーティングによく接着し、心筋細胞の肥大を誘発することなく、肥大刺激だけでなく増殖刺激にも応答することができました。さらに、KymographおよびMUSCLEMOTION解析では、スパイダーシルクコーティング上の心筋細胞の適切な拍動特性が示され、心筋細胞はコンパクトな細胞集合体を形成し、フィブロネクチン上の心筋細胞単層膜に比べて収縮速度が著しく速いことが示された。この結果は、eADF4(C16)-RGDが心臓組織工学のための有望な材料であることを示唆している。
Cardiac tissue engineering is a promising approach to treat cardiovascular diseases, which are a major socio-economic burden worldwide. An optimal material for cardiac tissue engineering, allowing cardiomyocyte attachment and exhibiting proper immunocompatibility, biocompatibility and mechanical characteristics, has not yet emerged. An additional challenge is to develop a fabrication method that enables the generation of proper hierarchical structures and constructs with a high density of cardiomyocytes for optimal contractility. Thus, there is a focus on identifying suitable materials for cardiac tissue engineering. Here, we investigated the interaction of neonatal rat heart cells with engineered spider silk protein (eADF4(C16)) tagged with the tripeptide arginyl-glycyl-aspartic acid cell adhesion motif RGD, which can be used as coating, but can also be 3D printed. Cardiomyocytes, fibroblasts, and endothelial cells attached well to eADF4(C16)-RGD coatings, which did not induce hypertrophy in cardiomyocytes, but allowed response to hypertrophic as well as proliferative stimuli. Furthermore, Kymograph and MUSCLEMOTION analyses showed proper cardiomyocyte beating characteristics on spider silk coatings, and cardiomyocytes formed compact cell aggregates, exhibiting markedly higher speed of contraction than cardiomyocyte mono-layers on fibronectin. The results suggest that eADF4(C16)-RGD is a promising material for cardiac tissue engineering.