3D バイオプリントされたポリ（エステル尿素）足場の軟骨増殖能の予備的評価

A Preliminary Evaluation of the Pro-Chondrogenic Potential of 3D-Bioprinted Poly(ester Urea) Scaffolds.

• Samuel R Moxon
• Miguel J S Ferreira
• Patricia Dos Santos
• Bogdan Popa
• Antonio Gloria
• Ramaz Katsarava
• David Tugushi
• Armenio C Serra
• Nigel M Hooper
• Susan J Kimber
• Ana C Fonseca
• Marco A N Domingos

抄録

関節軟骨（AC）の変性は、患者の機能と可動性を著しく損なう結果をもたらす一般的な医療問題です。組織の血管性は、その再生能力に強く負担をかけ、変形性関節症のようなより深刻な状態の開発に貢献しています。最近のバイオプリンティングの進歩は、変形性関節症の発生のための代替組織工学的治療法の開発を促しています。特に注目されているのは、細胞機能や組織の成長を誘導するために3D基材を使用するスキャフォールドベースの戦略です。バイオプリンティングにおけるその広範な使用にもかかわらず、ACにおけるポリカプロラクトン（PCL）のアプリケーションは、しかしながら、プロ軟骨細胞表現型を阻害する特性によって制限されています。この研究では、初期の軟骨形成のin vitroモデルの生成のためのPCLの代替として、新しいバイオプリンティング可能なポリ（エステル尿素）（PEU）材料の使用を提案します。ポリマーは正常にPCLと比較して適切な基質剛性と増加した親水性を表示する3D構築物に印刷されました。足場上で培養したヒト軟骨細胞は、より高い細胞生存率とII型コラーゲンとアグレッカン合成に関連する遺伝子のアップレギュレーションと改善された軟骨の表現型を示した。バイオプリントされたPEU足場は、したがって、カスタムメイドの、プロ軟骨組織工学構築物の製造のための潜在的なプラットフォームを提供することができます。

Degeneration of articular cartilage (AC) is a common healthcare issue that can result in significantly impaired function and mobility for affected patients. The avascular nature of the tissue strongly burdens its regenerative capacity contributing to the development of more serious conditions such as osteoarthritis. Recent advances in bioprinting have prompted the development of alternative tissue engineering therapies for the generation of AC. Particular interest has been dedicated to scaffold-based strategies where 3D substrates are used to guide cellular function and tissue ingrowth. Despite its extensive use in bioprinting, the application of polycaprolactone (PCL) in AC is, however, restricted by properties that inhibit pro-chondrogenic cell phenotypes. This study proposes the use of a new bioprintable poly(ester urea) (PEU) material as an alternative to PCL for the generation of an in vitro model of early chondrogenesis. The polymer was successfully printed into 3D constructs displaying adequate substrate stiffness and increased hydrophilicity compared to PCL. Human chondrocytes cultured on the scaffolds exhibited higher cell viability and improved chondrogenic phenotype with upregulation of genes associated with type II collagen and aggrecan synthesis. Bioprinted PEU scaffolds could, therefore, provide a potential platform for the fabrication of bespoke, pro-chondrogenic tissue engineering constructs.