ヒアルロン酸アルギン酸ハイブリッドハイドロゲルの粘弾性特性を制御した軟骨細胞送達用注射剤の開発

Regulation of the Viscoelastic Properties of Hyaluronate-Alginate Hybrid Hydrogel as an Injectable for Chondrocyte Delivery.

• Hyun Ji Lee
• Yerang Seo
• Hyun Seung Kim
• Jae Won Lee
• Kuen Yong Lee

抄録

ヒアルロン酸アルギン酸ハイブリッドゲルの粘弾性特性を制御することは、組織工学的な応用において非常に重要である。本研究では，分子量（700～2500 kDa）の異なるヒアルロン酸骨格にアルギン酸を導入してヒアルロン酸アルギン酸ハイブリッド（HAH）を合成し，カルシウムイオンの存在下で同じ架橋密度でHAHゲルを調製した．HAHポリマー中のヒアルロン酸の分子量の増加に伴い、HAHハイドロゲルの貯蔵せん断弾性率が増加した。HAHハイドロゲルは、細胞-マトリックスおよび細胞-細胞間の相互作用を強化するために、アルギニン-グリシン-アスパラギン酸（RGD）およびヒスチジン-アラニン-バリン（HAV）ペプチドで修飾されていた。ATDC5細胞の軟骨遺伝学的分化は、HAHゲル内にカプセル化されたATDC5細胞の保存剪断弾性率の増加と細胞間の相互作用によって促進された。同じ架橋密度で分子量の異なるポリマーを用いてハイドロゲルの粘弾性特性を制御するこのアプローチは、軟骨再生を含む様々な組織工学的応用に有用であることが証明される可能性がある。

Modulation of the viscoelastic properties of hydrogels is critical in tissue engineering applications. In the present study, a hyaluronate-alginate hybrid (HAH) was synthesized by introducing alginate to the hyaluronate backbone with varying molecular weights (700-2500 kDa), and HAH hydrogels were prepared in the presence of calcium ions at the same cross-linking density. The storage shear moduli of the HAH hydrogels increased with the concomitant increase in the molecular weight of hyaluronate in the HAH polymer. The HAH hydrogels were also modified with arginine-glycine-aspartic acid (RGD) and histidine-alanine-valine (HAV) peptides to enhance cell-matrix and cell-cell interactions, respectively. The chondrogenic differentiation of ATDC5 cells encapsulated within the HAH hydrogels was enhanced with the increase in the storage shear moduli of the gels as well as . This approach of regulating the viscoelastic properties of hydrogels using polymers of varying molecular weights at the same cross-linking density may prove to be useful in various tissue engineering applications including cartilage regeneration.

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