生分解性ポリ-L-乳酸膜上における肺上皮バリアの確立

Establishment of a pulmonary epithelial barrier on biodegradable poly-L-lactic-acid membranes.

抄録

組織工学のための生体適合性で機能的な足場の開発は、特に組織の恒常性維持に重要な構造である分極上皮の開発にとって大きな課題である。非分解性ポリエチレンテレフタレート膜を用いた肺上皮バリアの様々なin vitroモデルが特徴づけられているが、組織工学への利用には限界がある。ポリ-L-乳酸（PLLA）膜は生分解性であるが、従来の拡散誘起相分離（DIPS）法で作製された膜は開孔形状を持たず、透過性に限界があるため、上皮バリアー研究への利用が危ぶまれていた。ここでは、膜表面の形態と透過性を制御するために、標準的なDIPSプロトコルを変更して調製したPLLA膜を用いた。これを細胞培養インサートに接着し、バリア機能研究に使用した。肺上皮細胞（H441）はPLLA膜に容易に接着し、2日以内にコンフルエントな細胞層を形成した。このことは、経上皮電気抵抗の有意な増加を伴い、タイトジャンクションの形成やTNFαに反応したベクター性サイトカイン分泌と相関していた。われわれのデータは、非標準的なDIPSプロトコールによって作製されたPLLA膜上に、構造的に極性化された機能的な上皮バリアを確立できることを示唆している。したがって、PLLA膜は生体吸収性膜を必要とする肺組織工学的応用において有用である可能性がある。

Development of biocompatible and functional scaffolds for tissue engineering is a major challenge, especially for development of polarised epithelia that are critical structures in tissue homeostasis. Different in vitro models of the lung epithelial barrier have been characterized using non-degradable polyethylene terephthalate membranes which limits their uses for tissue engineering. Although poly-L-lactic acid (PLLA) membranes are biodegradable, those prepared via conventional Diffusion Induced Phase Separation (DIPS) lack open-porous geometry and show limited permeability compromising their use for epithelial barrier studies. Here we used PLLA membranes prepared via a modification of the standard DIPS protocol to control the membrane surface morphology and permeability. These were bonded to cell culture inserts for use in barrier function studies. Pulmonary epithelial cells (H441) readily attached to the PLLA membranes and formed a confluent cell layer within two days. This was accompanied by a significant increase in trans-epithelial electrical resistance and correlated with the formation of tight junctions and vectorial cytokine secretion in response to TNFα. Our data suggest that a structurally polarized and functional epithelial barrier can be established on PLLA membranes produced via a non-standard DIPS protocol. Therefore, PLLA membranes have potential utility in lung tissue engineering applications requiring bio-absorbable membranes.