ゼラチン／ポリカプロラクトンナノファイバーによるヒト歯肉間葉系間質細胞の調節に関するin vitro調査

In Vitro Investigation of Gelatin/Polycaprolactone Nanofibers in Modulating Human Gingival Mesenchymal Stromal Cells.

抄録

歯周組織の審美的安定性と機能的安定性は、健康な粘膜歯肉組織の存在に大きく依存している。軟組織の管理は歯周外科手術の成功に不可欠である。近年、軟組織補填材として合成代替材料が提案されているが、これらの材料の組織適合性はさらに検討される必要がある。本研究では、ゼラチン/ポリカプロラクトンプロトタイプ(GPP)および体積安定性コラーゲンマトリックス(VSCM)上で培養したヒト歯肉間葉系間質細胞(hG-MSCs)のin vitro応答を評価することを目的とした。hG-MSCsをGPP、VSCM、またはプラスチック上で3、7、14日間培養した。増殖および/または生存率は、cell counting kit-8 assayおよびresazurin-based toxicity assayにより測定した。細胞の形態と接着は顕微鏡で評価した。I型コラーゲンα1（COL1A1）、α-平滑筋アクチン（α-SMA）、線維芽細胞増殖因子（FGF-2）、血管内皮増殖因子A（VEGF-A）、トランスフォーミング増殖因子β1（TGF-β1）、フォーカルアドヒージョンキナーゼ（FAK）、インテグリンβ-1（ITG-β1）、インターロイキン8（IL-8）をRT-qPCRで調べた。条件培地中のVEGF-A、TGF-β1、IL-8タンパク質のレベルはELISAで検査した。GPPはVSCMと比較して、細胞増殖と生存率の両方を改善した。GPP上で増殖した細胞は、独特の形態と接着性能を示した。COL1A1、α-SMA、VEGF-A、FGF-2、およびFAKは、GPP上のhG-MSCsにおいて、異なる調査時間においてポジティブに調節された。GPPはTGF-β1の遺伝子発現を増加させたが、タンパク質産生には影響を及ぼさなかった。ITG-β1のレベルは、GPP上で播種した細胞では7日目に有意な変化は見られなかった。3日目には、VEGF-A、TGF-β1、α-SMAの発現レベルにおいて、GPP上に播種した細胞とVSCM上に播種した細胞との間に顕著な違いが観察された。一方、GPPは14日後、VSCMと比較してCOL1A1の発現量が高く、VSCMはIL-8の産生においてより顕著なアップレギュレーションを示した。以上より、GPPナノファイバーは歯周外科手術における軟組織再生の代替物として大きな可能性を持つことが示唆された。

The aesthetic constancy and functional stability of periodontium largely depend on the presence of healthy mucogingival tissue. Soft tissue management is crucial to the success of periodontal surgery. Recently, synthetic substitute materials have been proposed to be used for soft tissue augmentation, but the tissue compatibility of these materials needs to be further investigated. This study aims to assess the in vitro responses of human gingival mesenchymal stromal cells (hG-MSCs) cultured on a Gelatin/Polycaprolactone prototype (GPP) and volume-stable collagen matrix (VSCM). hG-MSCs were cultured onto the GPP, VSCM, or plastic for 3, 7, and 14 days. The proliferation and/or viability were measured by cell counting kit-8 assay and resazurin-based toxicity assay. Cell morphology and adhesion were evaluated by microscopy. The gene expression of collagen type I, alpha1 (COL1A1), α-smooth muscle actin (α-SMA), fibroblast growth factor (FGF-2), vascular endothelial growth factor A (VEGF-A), transforming growth factor beta-1 (TGF-β1), focal adhesion kinase (FAK), integrin beta-1 (ITG-β1), and interleukin 8 (IL-8) was investigated by RT-qPCR. The levels of VEGF-A, TGF-β1, and IL-8 proteins in conditioned media were tested by ELISA. GPP improved both cell proliferation and viability compared to VSCM. The cells grown on GPP exhibited a distinct morphology and attachment performance. COL1A1, α-SMA, VEGF-A, FGF-2, and FAK were positively modulated in hG-MSCs on GPP at different investigation times. GPP increased the gene expression of TGF-β1 but had no effect on protein production. The level of ITG-β1 had no significant changes in cells seeded on GPP at 7 days. At 3 days, notable differences in VEGF-A, TGF-β1, and α-SMA expression levels were observed between cells seeded on GPP and those on VSCM. Meanwhile, GPP showed higher COL1A1 expression compared to VSCM after 14 days, whereas VSCM demonstrated a more significant upregulation in the production of IL-8. Taken together, our data suggest that GPP electrospun nanofibers have great potential as substitutes for soft tissue regeneration in successful periodontal surgery.