3Dプリントされた酸化グラフェン足場の軟骨層構築への利用の可能性

Potential use of 3D-printed graphene oxide scaffold for construction of the cartilage layer.

• Zhong Cheng
• Li Xigong
• Diao Weiyi
• Hu Jingen
• Wang Shuo
• Lin Xiangjin
• Wu Junsong

抄録

背景:

三次元（3D）プリンティングは、種細胞、生物学的に適合した足場、生物学的活性因子を積層して、生体組織を精密に再現するものである。マイクロ材料の一種である酸化グラフェン（GO）は、低分子輸送手段として利用されてきました。GOの増殖に伴い、3Dプリントされた足場とGOによって構築された微小環境における軟骨細胞の生体適合性は革新的である。したがって、マイクロマテリアルの一種であるGOは、3D足場を用いて軟骨層内に均一に分布させることができるのではないかと推測しています。

BACKGROUND: Three-dimensional (3D) printing involves the layering of seed cells, biologically compatible scaffolds, and biological activity factors to precisely recapitulate a biological tissue. Graphene oxide (GO), a type of micro material, has been utilized as a small molecule-transport vehicle. With the proliferation of GO, the biocompatibility of chondrocytes in a microenvironment constructed by 3D printed scaffolds and GO is innovative. Accordingly, we speculate that, as a type of micro material, GO can be used with 3D scaffolds for a uniform distribution in the cartilage layer.

結果:

軟骨細胞増殖能を定性分析したところ、10％GO足場を用いた3Dプリンティングの培養は、他のグループに比べて高いことがわかった。一方、細胞のアポトーシスの進行は活性化されていた。走査型電子顕微鏡、免疫蛍光、in vivoでの研究により、新生軟骨マトリックスが軟骨と足場の境目に沿って伸びて成熟していることを観察した。アグレカンとコラーゲンIを用いた免疫組織化学染色による解析の結果、3Dプリントした足場に続く軟骨は、3DプリントしたGO足場に続く軟骨よりも薄くなっていた。さらに、GO足場を投与した場合の軟骨のコラーゲンIの発現は、2週目から6週目まで有意であった。

RESULTS: A qualitative analysis of the chondrocyte-proliferation potential revealed that the culture of 3D printing with a 10% GO scaffold was higher than that of the other groups. Meanwhile, the progress of cell apoptosis was activated. Through scanning electron microscopy, immunofluorescence, and in vivo research, we observed that the newborn cartilage matrix extended along the border of the cartilage and scaffold and matured. After an analysis with immunohistochemical staining with aggrecan and collagen I, the cartilage following the 3D-printed scaffold was thinner than that of the 3D-printed GO scaffold. Furthermore, the collagen I of the cartilage expression in treatment with the GO scaffold was significant from week 2 to 6.

結論:

本研究成果は、3Dプリントされた酸化グラフェン足場が軟骨マトリックスの構築に利用できる可能性を示している。しかし、GOの最適な濃度については、さらなる研究と議論が必要である。

CONCLUSIONS: The findings indicate that a 3D-printed GO scaffold can potentially be utilized for the construction of a cartilage matrix. However, the optimum concentration of GO requires further research and discussion.