消化度は、押出しベースの3Dセル印刷における純粋な腱脱細胞化細胞外マトリックスバイオインクの印刷性を制御するための重要な要因である

Digestion degree is a key factor to regulate the printability of pure tendon decellularized extracellular matrix bio-ink in extrusion-based 3D cell printing.

• Fengyuan Zhao
• Jin Cheng
• Muyang Sun
• Huilei Yu
• Nier Wu
• Zong Li
• Jiahao Zhang
• Qi Li
• Peng Yang
• Qiang Liu
• Xiaoqing Hu
• Yingfang Ao

抄録

細胞外マトリックス（dECM）バイオインクの印刷性を向上させることは、3Dセル印刷の課題であった。このバイオインクの印刷性を向上させるために、まず、ブタの腱から得られた粉末状のdECM材料の消化過程を調べました。腱由来のdECM粉末の消化過程（溶解、ゲル化、可溶化）を明らかにした。短い溶解時間（約10分）の後、dECM前駆体の"高粘度スラリー"状態（3時間）、すなわちゲル化プロセス、次いで可溶化プロセス、すなわち"中粘度スラリー"状態（12時間）および"低粘度スラリー"状態（72時間）が観察された。中粘度スラリー」状態のdECMバイオインキは、pH値が7.4に中和された後、バレルから押し出すことができず、不均一な状態であった。dECM バイオインキの「低粘度スラリー」状態は、押出可能であることが報告されているが、印刷性が悪い。本研究では、これまで取り上げられていなかったdECMバイオインキの「高粘度スラリー」状態の印刷性を検討した。その結果、従来の過消化状態の dECM バイオインクに比べて、この消化の少ない状態の dECM バイオインクの方が、より高い形状忠実度とスタッキング精度が得られることが示された。3D細胞印刷のための細胞生存性試験を用いて、2つのバイオインキの性能を比較した。ラット由来の骨髄間葉系幹細胞（BMSC）をdECMバイオインキの「高粘度スラリー」状態で印刷したところ、高い細胞生存率が印刷後7日間持続した。このように、腱dECMバイオインクの「高粘度スラリー」状態を利用して、複雑な3次元オルガノイド構造体を作製することができ、再生医療やバイオミメティック組織工学などの応用が期待されます。

Improving the printability of pure, decellularized extracellular matrix (dECM) bio-ink without altering its physiological components has been a challenge in 3D cell printing. To improve the printability of the bio-ink, we first investigated the digestion process of the powdered dECM material obtained from porcine tendons. We manifested the digestion process of tendon derived dECM powders, which includes dissolution, gelatinization and solubilization. After a short dissolution period (around 10 minutes), we observed a "High viscosity slurry" status (3 h) of the dECM precursors, i.e., the gelatinization process, followed by the solubilization processes, i.e., a "Medium viscosity slurry" period (12 hours) and a "Low viscosity slurry" period (72 hours). The "Medium viscosity slurry" status of the dECM bio-ink was inhomogeneous and could not be extruded out from the barrel after the pH value was neutralized to 7.4. Although the "Low viscosity slurry" status of the dECM bio-ink has been reported to be extrudable, it has poor printability. This study explores the printability of the "High viscosity slurry" status of the dECM bio-ink, which has not been addressed thus far. The results demonstrate that this less digested status of the dECM bio-ink yields higher shape fidelity and stacking accuracy than the traditional over-digested status of the dECM bio-ink; this indicates better printability of this less digested dECM bio-ink. We compared the performance of the two bio-inks using cell viability tests for 3D cell printing. Bone marrow mesenchymal stem cells (BMSC) derived from rats was printed using the "High viscosity slurry" status of the dECM bio-ink, yielding high cellular viability lasting for 7 d after printing. Thus, the "High viscosity slurry" status of tendon dECM bio-ink can be utilized to fabricate complicated 3D organoid structures; it also shows promise for applications such as regenerative medicine and biomimetic tissue engineering.

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