アルギン酸塩/ラポナイトハイドロゲルマイクロスフィアは歯内療法再生のための歯髄幹細胞とVEGFを共カプセル化しています

Alginate/laponite hydrogel microspheres co-encapsulating dental pulp stem cells and VEGF for endodontic regeneration.

• Ruitao Zhang
• Li Xie
• Hao Wu
• Ting Yang
• Qingyuan Zhang
• Yuan Tian
• Yuangang Liu
• Xue Han
• Weihua Guo
• Min He
• Suru Liu
• Weidong Tian

抄録

根管系の複雑で不規則な解剖学的構造を考慮すると、注入可能なマイクロスフィアは歯内再生における細胞キャリアとして注目されている。ここでは、ヒト歯髄幹細胞（hDPSCs）と血管内皮増殖因子（VEGF）を共カプセル化したハイブリッドRGD-アルギン酸塩/ラポナイト（RGD-Alg/Lap）ハイドロゲル微小球を開発した。これらのマイクロスフェアは、平均サイズが350〜450μmの静電マイクロドロップレット法により調製した。ラポナイトの含有量を調整することにより、インビトロにおける微小球体のレオロジー特性及び分解速度を調整することができた。RGD-Alg/0.5%Lap微小球からのVEGFの放出は、VEGFの生理活性を維持したまま28日間持続的に行われた。さらに、カプセル化されたhDPSCsは、細胞生存率が85％を超えるマイクロスフェア中に均一に分布していた。日後のマイクロスフェア中には、フィブロネクチン（ＦＮ）やコラーゲンタイプＩ（Ｃｏｌ-Ｉ）のような豊富な細胞外マトリックスの沈着が示された。本系のラポナイトは、7日目にhDPSCsの歯肉形成関連遺伝子の発現を有意にアップレギュレートした。さらに、ヌードマウスモデルの歯切片を皮下埋入して1ヶ月間放置したところ、hDPSCsを添加したRGD-Alg/0.5%Lap+VEGFマイクロスフィアは、歯髄様組織の再生と新たな微小血管の形成を有意に促進した。これらの結果は、ラポナイト強化ハイドロゲル微小球が血管化した歯髄再生に大きな可能性を秘めていることを示しています。

Considering the complicated and irregular anatomical structure of root canal systems, injectable microspheres have received considerable attention as cell carriers in endodontic regeneration. Herein, we developed injectable hybrid RGD-alginate/laponite (RGD-Alg/Lap) hydrogel microspheres, co-encapsulating human dental pulp stem cells (hDPSCs) and vascular endothelial growth factor (VEGF). These microspheres were prepared by the electrostatic microdroplet method with an average size of 350∼450 μm. By adjusting the content of laponite, the rheological properties and the degradation rate of the microspheres in vitro could be conditioned. The release of VEGF from the RGD-Alg/0.5%Lap microspheres was in a sustained manner for 28 days while the bioactivity of VEGF was preserved. In addition, the encapsulated hDPSCs were evenly distributed in microspheres with a cell viability exceeding 85%. The deposition of abundant extracellular matrix such as fibronectin (FN) and collagen type I (Col-I) was shown in microspheres after 7 days. The laponite in the system significantly up-regulated the expression of odontogenic-related genes of hDPSCs at day 7. Furthermore, after subcutaneous implantation with tooth slices in a nude mouse model for 1 month, the hDPSCs-laden RGD-Alg/0.5%Lap+VEGF microspheres significantly promoted the regeneration of pulp-like tissues as well as the formation of new micro-vessels. These results demonstrated the great potential of laponite-enhanced hydrogel microspheres in vascularized dental pulp regeneration.

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