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TGF-β3で培養した組織工学的軟骨構築物に対する遅延圧縮負荷の有益な効果
The beneficial effect of delayed compressive loading on tissue-engineered cartilage constructs cultured with TGF-beta3.
PMID: 17498976 PMCID: PMC2724596. DOI: 10.1016/j.joca.2007.03.008.
抄録
目的:
TGF-β3を添加した化学的に定義された培地で培養した組織工学的構築物の機能特性が動的変形負荷の適用によって向上するかどうかを調べる。
OBJECTIVE: To determine whether the functional properties of tissue-engineered constructs cultured in a chemically-defined medium supplemented briefly with TGF-beta3 can be enhanced with the application of dynamic deformational loading.
方法:
ウシ初代未熟細胞（2～3ヶ月齢）をアガロースヒドロゲル（2％、30×10(6)セル/ml）にカプセル化し、トランスフォーミング成長因子β3（TGF-β3）（10μg/ml）を添加した化学的に定義された培地で最初の2週間培養した。生理的な変形負荷（1 Hz、3 時間/日、最初は 10％の不確定変形、42 日目までに 2％のピークからピークまでの変形に漸減）を TGF-β3 添加期間と同時に、または TGF-β3 添加期間終了後に行った。機械的および生化学的特性を56日目まで評価した。
METHODS: Primary immature bovine cells (2-3 months old) were encapsulated in agarose hydrogel (2%, 30 x 10(6)cells/ml) and cultured in chemically-defined medium supplemented for the first 2 weeks with transforming growth factor beta 3 (TGF-beta3) (10 microg/ml). Physiologic deformational loading (1 Hz, 3 h/day, 10% unconfined deformation initially and tapering to 2% peak-to-peak deformation by day 42) was applied either concurrent with or after the period of TGF-beta3 supplementation. Mechanical and biochemical properties were evaluated up to day 56.
結果:
TGF-β3の補給と同時に動的変形荷重をかけた場合、自由膨潤対照群と比較して、全体の機械的特性が有意に低下した（-90％）。対照的に、成長因子の投与中止後に同じ負荷プロトコルを適用した場合は、自由膨潤対照群と比較して全体的な機械的特性が有意に増加した（+10％）。この８週間の間に平衡弾性率の値は1306+/-79kPaに達し、グリコサミノグリカンのレベルは8.7+/-1.6%w.w.に達し、宿主軟骨の特性（994+/-280kPa、6.3+/-0.9%w.w.）に類似しています。
RESULTS: Dynamic deformational loading applied concurrently with TGF-beta3 supplementation yielded significantly lower (-90%) overall mechanical properties when compared to free-swelling controls. In contrast, the same loading protocol applied after the discontinuation of the growth factor resulted in significantly increased (+10%) overall mechanical properties relative to free-swelling controls. Equilibrium modulus values reach 1306+/-79 kPa and glycosaminoglycan levels reach 8.7+/-1.6% w.w. during this 8-week period and are similar to host cartilage properties (994+/-280 kPa, 6.3+/-0.9% w.w.).
結論:
関節軟骨の機能的組織工学、特に構築物の開発を加速するための最適な戦略は、異なる成長因子の逐次適用および適用された変形負荷を組み込むことができる。
CONCLUSIONS: An optimal strategy for the functional tissue engineering of articular cartilage, particularly to accelerate construct development, may incorporate sequential application of different growth factors and applied deformational loading.