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骨髄由来の神経幹細胞をオリゴデンドロサイト様細胞に分化させるためのバイオインスパイアされたナノファイバー足場。設計、作製、および特性評価
Bioinspired Nanofiber Scaffold for Differentiating Bone Marrow-Derived Neural Stem Cells to Oligodendrocyte-Like Cells: Design, Fabrication, and Characterization.
PMID: 32606657 PMCID: PMC7293409. DOI: 10.2147/IJN.S248509.
抄録
背景:
神経幹細胞がオリゴデンドロサイト様細胞（OLC）へと分化するメカニズムを解明し、オリゴデンドロサイトへの選択的分化を促進することが研究されています。しかし、神経組織からNSCを単離するには限界があり、オリゴデンドロサイトへの分化にも限界があります。
Background: Researchers are trying to study the mechanism of neural stem cells (NSCs) differentiation to oligodendrocyte-like cells (OLCs) as well as to enhance the selective differentiation of NSCs to oligodendrocytes. However, the limitation in nerve tissue accessibility to isolate the NSCs as well as their differentiation toward oligodendrocytes is still challenging.
目的:
本研究では、骨髄由来のNSCをOLCに分化させるために、ネイティブの細胞外マトリックスと軸索形態を模倣したハイブリッドポリカプロラクトン（PCL）-ゼラチンナノファイバー足場を導入した。
Purpose: In the present study, a hybrid polycaprolactone (PCL)-gelatin nanofiber scaffold mimicking the native extracellular matrix and axon morphology to direct the differentiation of bone marrow-derived NSCs to OLCs was introduced.
材料と方法:
T3の持続的な放出を達成するために、この因子はキトサンナノ粒子内にカプセル化され、キトサンに負荷されたT3はPCLナノファイバー内に組み込まれた。ポリアニリングラフェン（PAG）ナノコンポジットをゼラチンナノファイバーに組み込んで、軸索の導電性挙動に似た導電性特性を足場に付与した。この足場の特性を評価するために、生分解、水接触角測定、走査型電子顕微鏡(SEM)観察、導電性試験を行った。培養骨髄由来間葉系幹細胞（BMSC）の増殖を調べることにより、ナノファイバー中のPAGおよびT3負荷キトサンNPの濃度を最適化した。また、作製した足場上で培養した骨髄由来間葉系幹細胞（BMSCs）のOLCへの分化を、免疫蛍光（ICC）、RT-PCR、フローサイトメトリーアッセイを用いてオリゴデンドロサイトマーカーの発現を評価することにより解析した。
Materials and Methods: In order to achieve a sustained release of T3, this factor was encapsulated within chitosan nanoparticles and chitosan-loaded T3 was incorporated within PCL nanofibers. Polyaniline graphene (PAG) nanocomposite was incorporated within gelatin nanofibers to endow the scaffold with conductive properties, which resemble the conductive behavior of axons. Biodegradation, water contact angle measurements, and scanning electron microscopy (SEM) observations as well as conductivity tests were used to evaluate the properties of the prepared scaffold. The concentration of PAG and T3-loaded chitosan NPs in nanofibers were optimized by examining the proliferation of cultured bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) on the scaffolds. The differentiation of BMSCs-derived NSCs cultured on the fabricated scaffolds into OLCs was analyzed by evaluating the expression of oligodendrocyte markers using immunofluorescence (ICC), RT-PCR and flowcytometric assays.
結果:
その結果、PAGを2%添加することで、10.8×10S/cmの導電性を保証しつつ、細胞の支持性と増殖性に優れていることが明らかになった。さらに、2%のT3負荷キトサンNPを含む足場は、最も生体適合性の高いサンプルであると考えられた。ICC、RT-PCR、フローサイトメトリーの結果、O4、Olig2、血小板由来成長因子受容体α（PDGFR-α）、O1、ミエリン/オリゴデンドロサイト糖タンパク質（MOG）、ミエリン塩基性タンパク質（MBP）が高発現しているが、グリア線維性酸性タンパク質（GFAP）は低発現であることが示された。
Results: Incorporating 2% PAG proved to have superior cell support and proliferation while guaranteeing electrical conductivity of 10.8 × 10 S/cm. Moreover, the scaffold containing 2% of T3-loaded chitosan NPs was considered to be the most biocompatible samples. Result of ICC, RT-PCR and flow cytometry showed high expression of O4, Olig2, platelet-derived growth factor receptor-alpha (PDGFR-α), O1, myelin/oligodendrocyte glycoprotein (MOG) and myelin basic protein (MBP) high expressed but low expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP).
結論:
表面形状、生体適合性、導電性、遺伝子発現を考慮すると、T3の放出が制御されたPCL/ゼラチンハイブリッド足場は、患者のBMSCを疾患や損傷などの病理学的条件で単離し、患者由来のオリゴデンドロサイトを研究するためのin vitroモデルとして使用することができる有望な候補と考えられます。また、得られたオリゴデンドロサイトは、患者の移植に適した供給源として利用することができます。
Conclusion: Considering surface topography, biocompatibility, electrical conductivity and gene expression, the hybrid PCL/gelatin scaffold with the controlled release of T3 may be considered as a promising candidate to be used as an in vitro model to study patient-derived oligodendrocytes by isolating patient's BMSCs in pathological conditions such as diseases or injuries. Moreover, the resulted oligodendrocytes can be used as a desirable source for transplanting in patients.
© 2020 Rasti Boroojeni et al.