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脂肪組織の成長を促進するための3Dプリント可能な生体吸収性組織工学チャンバーの設計の根拠
Rationale for the design of 3D-printable bioresorbable tissue-engineering chambers to promote the growth of adipose tissue.
PMID: 32678237 DOI: 10.1038/s41598-020-68776-8.
抄録
組織工学チャンバー（TEC）は、軟部組織再建のための脂肪組織の成長を可能にするため、再生医療に大きな希望をもたらします。現在までに、様々なコンセプトと体積のTECプロトタイプが利用可能である。ここでは、生体内での脂肪フラップ成長に対するTECデザインの影響、および最適なTECコンセプトのためのバイオレゾバブルポリマーを使用する可能性に取り組んだ。ラットでは、脂肪組織の成長は、非穿孔のものよりもポリ乳酸で印刷された穿孔TECの下で速くなります（90日以内に成長の差は3〜5倍になります）。組織学的分析では、CD68炎症性細胞が浸潤した中程度（フラップ体積の15％未満）の繊維状カプセルの下に生存可能な脂肪細胞が存在することが明らかになった。CD31陽性の血管細胞は、脂肪フラップの中央部よりも末梢部に多く存在する。TEC内の細胞は、H-NMRによって同定された機能的な脂肪細胞の特異的な代謝プロファイルを示す。TECの空隙率の割合に関係なく、平坦なベースの存在は、MRI画像によって証明されるように、より大きな脂肪体積の成長を可能にした（p<0.05）。豚では、ポリ[1,4-ジオキサン-2,5-ジオン]（ポリグリコール酸）PURASORB PGS中の生体吸収性TECは、TECが大部分再吸収されると同時に、90日目に75,000 mmまでの脂肪フラップの成長を可能にします（140％以上の体積増加に対応）。全身性の炎症反応は観察されませんでした。組織学的には、脂肪組織の拡大は、主に細胞の肥大ではなく、脂肪細胞の数の増加に起因するものであった。脂肪組織は灌流された血管に囲まれ、CD163炎症性細胞のパッチを含む薄い繊維状の結合組織に包まれている。我々の大規模な前臨床評価は、3Dプリント可能な生体吸収性TECの適切なデザインを定義し、さらなる臨床応用の展望を開くものである。
Tissue engineering chambers (TECs) bring great hope in regenerative medicine as they allow the growth of adipose tissue for soft tissue reconstruction. To date, a wide range of TEC prototypes are available with different conceptions and volumes. Here, we addressed the influence of TEC design on fat flap growth in vivo as well as the possibility of using bioresorbable polymers for optimum TEC conception. In rats, adipose tissue growth is quicker under perforated TEC printed in polylactic acid than non-perforated ones (growth difference 3 to 5 times greater within 90 days). Histological analysis reveals the presence of viable adipocytes under a moderate (less than 15% of the flap volume) fibrous capsule infiltrated with CD68 inflammatory cells. CD31-positive vascular cells are more abundant at the peripheral zone than in the central part of the fat flap. Cells in the TEC exhibit a specific metabolic profile of functional adipocytes identified by H-NMR. Regardless of the percentage of TEC porosity, the presence of a flat base allowed the growth of a larger fat volume (p < 0.05) as evidenced by MRI images. In pigs, bioresorbable TEC in poly[1,4-dioxane-2,5-dione] (polyglycolic acid) PURASORB PGS allows fat flap growth up to 75 000 mm at day 90, (corresponding to more than a 140% volume increase) while at the same time the TEC is largely resorbed. No systemic inflammatory response was observed. Histologically, the expansion of adipose tissue resulted mainly from an increase in the number of adipocytes rather than cell hypertrophy. Adipose tissue is surrounded by perfused blood vessels and encased in a thin fibrous connective tissue containing patches of CD163 inflammatory cells. Our large preclinical evaluation defined the appropriate design for 3D-printable bioresorbable TECs and thus opens perspectives for further clinical applications.