本来の心臓弁リーフレットの3層の配向を模倣した多層組織構造

Trilayered tissue construct mimicking the orientations of three layers of a native heart valve leaflet.

• Soumen Jana
• Amir Lerman

抄録

組織工学的に作られた心臓弁は、心臓弁置換における補綴弁の代替品となり得るが、工学的に作られた心臓弁のリーフレットは三層構造のネイティブリーフレットを持っていないため、長期的な機能性という点では完全に効率的ではない。我々はこれまでに、ネイティブの心臓弁リーフレットの三層構造と配向性を模倣したフラットな三層構造の配向性ナノファイバー（TN）足場を開発してきた。In vivo組織工学は、実用的な再生医療技術であり、自己心臓弁の開発に利用できる。そこで本研究では、ラットモデルのin vivo組織工学を用いて、我々が開発した扁平な三層構造の配向ナノファイバー足場を用いて、ネイティブの心臓弁尖の配向を持つ三層構造の組織を開発しました。2ヶ月間のin vivo組織工学の後、浸潤細胞とその沈着したコラーゲンフィブリルは、円周方向と放射状の層で整列し、足場のランダム層でランダムに配向していることが確認された、すなわち、三層組織構造体（TTC）が開発された。その結果、足場材の繊維が組織工学に及ぼす影響を考慮して、対照の組織構築物（足場材なし）よりも高い引張特性が得られた。また、TTCでは、細胞外マトリックスタンパク質であるコラーゲン、グリコサミノグリカン、エラスチンの発現が観察された。TTCの遺伝子発現は、組織構築物が成長期にあることを示していた。組織構築物には石灰化の兆候は見られなかった。このように、平板TN足場を用いて開発したTTCは、ネイティブリーフレットとして機能する自己リーフレット型三層構造組織構築物の開発が可能であることを示している。

A tissue-engineered heart valve can be an alternative to a prosthetic valve in heart valve replacement; however, it is not fully efficient in terms of long-lasting functionality, as leaflets in engineered valves do not possess the trilayered native leaflet structure. Previously, we developed a flat, trilayered, oriented nanofibrous (TN) scaffold mimicking the trilayered structure and orientation of native heart valve leaflets. In vivo tissue engineering-a practical regenerative medicine technology-can be used to develop an autologous heart valve. Thus, in this study, we used our flat, trilayered, oriented nanofibrous scaffolds to develop trilayered tissue structures with native leaflet orientations through in vivo tissue engineering in a rat model. After 2 months of in vivo tissue engineering, infiltrated cells and their deposited collagen fibrils were found aligned in the circumferential and radial layers, and randomly oriented in the random layer of the scaffolds, i.e., trilayered tissue constructs (TTCs) were developed. Tensile properties of the TTCs were higher than that of the control tissue constructs (without any scaffolds) due to influence of fibers of the scaffolds in tissue engineering. Different extracellular matrix proteins-collagen, glycosaminoglycans, and elastin-that exist in native leaflets were observed in the TTCs. Gene expression of the TTCs indicated that the tissue constructs were in growing stage. There was no sign of calcification in the tissue constructs. The TTCs developed with the flat TN scaffolds indicate that an autologous leaflet-shaped, trilayered tissue construct that can function as a native leaflet can be developed.