日本語AIでPubMedを検索
硫酸化ヒアルロナンで共有結合的に装飾されたマクロマーベースの生体材料によるDickkopf-1のスカベンジングは、プロステオジェニック効果を表示します
Scavenging of Dickkopf-1 by macromer-based biomaterials covalently decorated with sulfated hyaluronan displays pro-osteogenic effects.
PMID: 32673749 DOI: 10.1016/j.actbio.2020.07.017.
抄録
骨髄間質細胞（MSC）から分泌されるWnt阻害剤であるDickkopf-1（DKK1）は、長期的な骨折欠損の非接合化やグルココルチコイド誘発骨粗鬆症に重要な役割を果たしていることが知られている。初期の骨欠損部におけるその影響を緩和することで、骨形成と骨欠損部の治癒が改善される可能性がある。ここでは、我々は、硫酸化ヒアルロナン（sHA3）で共有結合的に装飾されたマクロマーベースの生体材料を介してタンパク質を消去することにより、DKK1から欠陥環境を枯渇させるための生体材料戦略を適用した。この材料は、小さなアンカー分子を持つクロスコポリマー化された三本腕マクロマーで構成されていた。グリシジルアンカーを使用して、ポリエーテルアミン（ED900）は、別のステップで効率的にsHA3が結合された材料にグラフトすることができました。また、材料改質を徹底的に検討するために、ガラスディスク上に材料表面を作製し、平坦な材料表面を作製した。本研究では、表面プラズモン共鳴測定により、dKK1に対するsHA3の結合能を実証した。さらに、この表面は、複雑な媒体から病理学的量のDKK1を捕捉し、不活性化する能力を示した。Wnt3aとの組み合わせによるアプローチでは、DKK1が我々のsHA3機能化表面の好ましい結合パートナーであることを実証することができた。我々は、分化したSaOS-2細胞と初代hMSCの複合in vitro設定で我々の知見を検証した。この結果、内因性のDKK-1が消去され、骨形成分化が促進されたことから、これは使用するモデル系に関わらず一貫した生物学的効果であることが示された。本研究は、DKK1のスカベンジングのためのsHA3表面機能化のメカニズムと効率性についての知見を提供するものであり、将来的には臨床現場での応用が期待される。
Dickkopf-1 (DKK1), a Wnt inhibitor secreted by bone marrow stromal cells (MSC), is known to play an important role in long-term non-union of bone fracture defects and glucocorticoid induced osteoporosis. Mitigating its effects in early bone defects could improve osteogenesis and bone defect healing. Here, we applied a biomaterial strategy to deplete a defect environment from DKK1 by scavenging the protein via a macromer-based biomaterial covalently decorated with sulfated hyaluronan (sHA3). The material consisted of cross-copolymerized three-armed macromers with a small anchor molecule. Using the glycidyl anchor, polyetheramine (ED900) could be grafted to the material to which sHA3 was efficiently coupled in a separate step. For thorough investigation of material modification, flat material surfaces were generated by fabricating the material surfaces on glass discs. The binding capability of sHA3 for DKK1 was demonstrated in this study by surface plasmon resonance measurements. Furthermore, the surfaces demonstrated the ability to scavenge and inactivate pathologic amounts of DKK1 from complex media. In a combinatory approach with Wnt3a, we were able to demonstrate that DKK1 is the preferred binding partner of our sHA3-functionalized surfaces. We validated our findings in a complex in vitro setting of differentiating SaOS-2 cells and primary hMSC. Here, endogenous DKK-1 was scavenged resulting in increased osteogenic differentiation indicating that this is a consistent biological effect irrespective of the model system used. Our study provides insights in the mechanisms and efficiency of sHA3 surface functionalization for DKK1 scavenging, which may be used in a clinical context in the future.
Copyright © 2020. Published by Elsevier Ltd.