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高分子クラウディング剤としての海藻多糖類
Seaweed polysaccharides as macromolecular crowding agents.
PMID: 32679331 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.07.087.
抄録
間葉系幹細胞をベースとした組織工学的なインプラントデバイスの開発には、三次元インプラントデバイスの開発のために長時間のインビトロ培養が必要であり、これが表現型のドリフトにつながるため、そのようなアプローチの臨床翻訳と商業化の妨げとなっている。高分子クラウディングは、排除体積効果の原理に基づく生物物理学的現象であり、in vitro培養中に細胞外マトリックスの沈着を劇的に促進し、増加させる。しかし、最適な高分子クラウダーは未だ解明されていない。ここでは、我々は、さまざまな濃度の異なる海藻由来の硫酸化多糖類の生物物理的特性とヒト脂肪由来の幹細胞培養への影響を評価しました。カラギーナンは、その高い硫酸化度のためか、最も高い負電荷値を示した。クラウダーの濃度の違いと、すべてのクラウダーの電荷、多分散性指数、流体力学的半径、体積占有率との間には相関関係は認められなかった。アラビノガラクタン以外のどのクラウダーも細胞生存率に悪影響を与えなかった。カラギーナン、フコイダン、ガラクトフカンおよびウルバンは、細胞外マトリックス（特にコラーゲンI型およびコラーゲンV型）の沈着を増加させた。カラギーナンは最も高い骨形成効果を誘導し、ガラクトフカンとフコイダンは最も高い軟骨増殖効果を示した。すべてのクラウダーは脂肪形成に関しては比較的効果がなかった。我々のデータは、組織工学の目的で硫酸化海藻多糖類の可能性を強調している。
Development of mesenchymal stem cell-based tissue engineered implantable devices requires prolonged in vitro culture for the development of a three-dimensional implantable device, which leads to phenotypic drift, thus hindering the clinical translation and commercialisation of such approaches. Macromolecular crowding, a biophysical phenomenon based on the principles of excluded-volume effect, dramatically accelerates and increases extracellular matrix deposition during in vitro culture. However, the optimal macromolecular crowder is still elusive. Herein, we evaluated the biophysical properties of various concentrations of different seaweed in origin sulphated polysaccharides and their effect on human adipose derived stem cell cultures. Carrageenan, possibly due to its high sulphation degree, exhibited the highest negative charge values. No correlation was observed between the different concentrations of the crowders and charge, polydispersity index, hydrodynamic radius and fraction volume occupancy across all crowders. None of the crowders, but arabinogalactan, negatively affected cell viability. Carrageenan, fucoidan, galactofucan and ulvan increased extracellular matrix (especially collagen type I and collagen type V) deposition. Carrageenan induced the highest osteogenic effect and galactofucan and fucoidan demonstrated the highest chondrogenic effect. All crowders were relatively ineffective with respect to adipogenesis. Our data highlight the potential of sulphated seaweed polysaccharides for tissue engineering purposes.
Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.