電気紡糸フィブリノーゲンとポリカプロラクトン複合足場を用いた小児用血液由来弾性血管移植片の作製

Fabrication of Blood-Derived Elastogenic Vascular Grafts Using Electrospun Fibrinogen and Polycaprolactone Composite Scaffolds for Pediatric Applications.

• Ian Woods
• Alexander Black
• Eleanor J Molloy
• Stefan Jockenhoevel
• Thomas C Flanagan

抄録

小児用の組織工学的血管移植片（TEVG）の開発には、この患者集団に特有の要因を考慮しなければならない。新生児細胞の伸長能の増加は、in vitroでの伸長能形成という長年の課題を克服する機会を提供しているが、新生児患者は自己組織採取に対する耐性が低く、成長能を示す移植片を必要とする。本研究の目的は、機能的な小児用 TEVG の作製において、臍帯由来の材料と組み合わせて弾力形成を促進するための多面的な戦略を適用することであった。最初の概念実証研究では、ヒト臍帯血サンプルからフィブリノーゲンを抽出し、エレクトロスピニングによりナノファイバー状フィブリノーゲン足場を作製した。この足場にヒト臍帯動脈由来平滑筋細胞（hUASMCs）を播種し、免疫蛍光顕微鏡を用いて足場内の新生組織形成を調べた。その後、ポリカプロラクトン（PCL）で強化されたブタの血液由来フィブリノーゲン足場（臍帯血フィブリノーゲンと同じプロトコールを用いて単離したもの）を用いて、エラストジェネシスと細胞配向を促進するための地形的・生化学的誘導を利用したロールシートグラフトを開発した。このアプローチにより、弾性線維関連タンパク質（EFRP）を豊富に発現する細胞外マトリックス（ECM）をバイオミメティックに配置した堅牢な機械的特性を持つTEVGが得られた。本研究の結果は、小児用 TEVG のさらなる開発や、血管細胞機能や ECM 産生に対するスキャフォールドのマイクロ・ナノ構造の効果の探求につながるものと期待されています。

The development of tissue-engineered vascular grafts (TEVGs) for pediatric applications must consider unique factors associated with this patient cohort. While the increased elastogenic potential of neonatal cells offers an opportunity to overcome the long-standing challenge of in vitro elastogenesis, neonatal patients have a lower tolerance for autologous tissue harvest and require grafts that exhibit growth potential. The purpose of this study was to apply a multi-pronged strategy to promote elastogenesis in conjunction with umbilical cord-derived materials in the production of a functional pediatric TEVG. An initial proof-of-concept study was performed to extract fibrinogen from human umbilical cord blood samples and, through electrospinning, to produce a nanofibrous fibrinogen scaffold. This scaffold was seeded with human umbilical cord artery-derived smooth muscle cells (hUASMCs) and neotissue formation within the scaffold was examined using immunofluorescence microscopy. Subsequently, a polycaprolactone (PCL)-reinforced porcine blood-derived fibrinogen scaffold (isolated using the same protocol as cord blood fibrinogen) was used to develop a rolled-sheet graft which employed topographical and biochemical guidance cues to promote elastogenesis and cellular orientation. This approach resulted in a TEVG with robust mechanical properties, and biomimetic arrangement of extracellular matrix (ECM) with rich expression of elastic-fiber related proteins (EFRPs). The results of this study hold promise for further development of pediatric TEVGs and the exploration of the effects of scaffold micro- and nanostructure on vascular cell function and ECM production.

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