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糖尿病創傷の治癒を促進する創傷被覆材として、ギ酸脱細胞化ペプシン可溶性細胞外マトリックスハイドロゲルとサッカキチンハイドロゲルからなる新規複合ハイドロゲルを開発した
A Novel Composite Hydrogel Composed of Formic Acid-Decellularized Pepsin-Soluble Extracellular Matrix Hydrogel and Sacchachitin Hydrogel as Wound Dressing to Synergistically Accelerate Diabetic Wound Healing.
PMID: 32545186 DOI: 10.3390/pharmaceutics12060538.
抄録
細胞外マトリックス（ECM）ヒドロゲルは、良好な再生微小環境を形成し、糖尿病創傷の治癒を促進するための有望なドレッシング剤として機能することができる。本研究では、ブタの皮膚から細胞外マトリックス（ECM）を得るための簡便で効果的な脱細胞化技術を開発し、最適化した。その結果、30％のギ酸を72時間かけて脱細胞化することで、ECM中に75％以上のコラーゲンと37％以上のGAGを保持しながら、細胞残骸の核が存在しない状態で豚の皮膚を効果的に脱細胞化できることがわかった。ECMヒドロゲルは、様々な酸性溶液（0.1 N塩酸、グリコール酸（GA）および2-ピロリドン-5-カルボン酸（PCA））中でECMをペプシンで消化し、pH制御された中和および温度制御されたゲル化手順で処理することによって作製された。SDS-PAGE、レオロジー分析およびSEM分析を含む物理的特徴付けに基づいて、0.1 N HCl中で25 mg/mLで作製したECMヒドロゲルを選択した。サッカキチン(SC)，ヒアルロン酸(HA)，キトサン(CS)を含む4種類の高分子ECMミミックゲルと，SCとECM(ECM/SC)，HA(HA/SC)，CS(SC/CS)を組み合わせた3種類の複合ゲルを作製し，WS-1の細胞生存率と創傷治癒効果を評価した．細胞生存能試験の結果、どのハイドロゲルドレッシングもすべての濃度で毒性がなく、ECM、HAおよびECM/SCの濃度が高い場合（0.05％以上）には統計的に有意な増殖を誘導することが確認された。糖尿病創傷治癒試験と組織学的検査の結果、ECM/SCハイドロゲルは相乗的に創傷治癒を促進し、最終的には治癒した創傷の毛包や汗腺の成長を刺激し、機能的な組織として治癒したことが明らかになった。この結果は、糖尿病性創傷の治癒と再生のために、新たに製造されたECM/SC複合ハイドロゲルの大きな可能性を裏付けるものである。
Extracellular matrix (ECM) hydrogel can create a favorable regenerative microenvironment and act as a promising dressing for accelerating the healing of diabetic wound. In this study, a simple and effective decellularization technique was developed and optimized to obtain acellular extracellular matrix (ECM) from porcine skin. It was found that decellularization at 30% formic acid for 72 h effectively decellularized porcine skin while retaining >75% collagen and ~37% GAG in the ECM with no presence of nuclei of cellular remnants. ECM hydrogel was fabricated by digesting ECM with pepsin in various acidic solutions (0.1 N HCl, glycolic acid (GA) and 2-pyrrolidone-5-carboxylic acid (PCA)) and then treated with a pH-controlled neutralization and temperature-controlled gelation procedure. Based on physical characterizations, including SDS-PAGE, rheological analysis and SEM analysis, ECM hydrogels fabricated at 25 mg/mL in 0.1 N HCl were selected. Four polymeric ECM-mimic hydrogels, including sacchachitin (SC), hyaluronic acid (HA) and chitosan (CS) and three composite hydrogels of combining SC either with ECM (ECM/SC), HA (HA/SC) or CS (SC/CS) were prepared and evaluated for WS-1 cell viability and wound-healing effectiveness. Cell viability study confirmed that no hydrogel dressings possessed any toxicity at all concentrations examined and ECM, HA and ECM/SC at higher concentrations (>0.05%) induced statistically significant proliferation. Diabetic wound healing study and histological examinations revealed that ECM/SC hydrogel was observed to synergistically accelerate wound healing and ultimately stimulated the growth of hair follicles and sweat glands in the healing wound indicating the wound had healed as functional tissues. The results support the great potential of this newly produced ECM/SC composite hydrogel for healing and regeneration of diabetic wounds.