日本語AIでPubMedを検索
ラットモデルにおける臍帯由来間葉系幹細胞と脂肪組織からの勾配細胞外マトリックス足場を用いた腱板腱板腱-骨界面の再生
Regeneration of the Rotator Cuff Tendon-to-Bone Interface using Umbilical Cord-Derived Mesenchymal Stem Cells and Gradient Extracellular Matrix Scaffolds from Adipose Tissue in a Rat Model.
PMID: 32682057 DOI: 10.1016/j.actbio.2020.07.020.
抄録
腱-骨界面（TBI）の勾配構造の再生は、腱板修復後の重要な目標である。本研究の目的は、臍帯由来間葉系幹細胞（UC MSCs）を用いて脂肪組織（AD）から単離したバイオミメティックハイドロキシアパタイト勾配足場（HA-G足場）が、ラットの腱板修復モデルにおける組織学的・生体力学的変化を解析することにより、腱-骨界面構造の再生に及ぼす効果を検討することであった。その結果、HA-G足場は、腱から骨相に向かってヒドロキシアパタイト(HA)粒子の数が徐々に増加していた。この足場にUC MSCを播種した後、コラーゲン、グリコアミノグリカン、カルシウムなどの特定のマトリックスがHA密度に対して合成された。ラット修復モデルでは、修復群と比較して、HA-G足場にUC MSCを播種した群では、8週目で52％、4週目で262.96％、それぞれコラーゲンの組織化と軟骨形成が改善されていた。また、最終的な破壊負荷も、修復群と比較して、4週間後には30.71％増加した。特に、その改善値は正常組織の値に匹敵するものであった。本研究では、ADから分離したHA-G足場は、HA密度に応じてUC MSCを誘導し、TBI構造に類似した腱、軟骨、骨マトリックスを形成することが示された。さらに、ラットの腱板の修復モデルでは、UC MSC をシードした HA-G 足場は、正常な腱板の TBI と同様の組織学的・生体力学的特性を持つことが示された。本研究の意義 我々は、生体模倣型ハイドロキシアパタイトグラジエント足場（HA-G足場）において、細胞外マトリックス（ECM）の特異的な形成をin vitroで確認した。本研究は、ヒト脂肪組織由来のECM足場であること、腱板の腱-骨-骨界面の勾配構造を模倣するための多層構造ではなく、勾配足場に使用されているのは1層のみであること、TBI再生のための新たな細胞源としてUC-MSCsが使用されていること、そしてUC-MSCsは他の刺激を与えることなく、HA密度に対して特定のマトリックスを合成していたこと、という4つの強みを持っています。この研究により、UC-MSCをシードしたHA-G足場は、腱板断裂の再生のための有望な戦略として使用できることが示唆された。
Regeneration of the gradient structure of the tendon-to-bone interface (TBI) is a crucial goal after rotator cuff repair. The purpose of this study was to investigate the efficacy of a biomimetic hydroxyapatite-gradient scaffold (HA-G scaffold) isolated from adipose tissue (AD) with umbilical cord derived mesenchymal stem cells (UC MSCs) on the regeneration of the structure of the TBI by analyzing the histological and biomechanical changes in a rat repair model. As a result, the HA-G scaffold had progressively increased numbers of hydroxyapatite (HA) particles from the tendon to the bone phase. After seeding UC MSCs to the scaffold, specific matrices, such as collagen, glycoaminoglycan, and calcium, were synthesized with respect to the HA density. In a rat repair model, compared to the repair group, the UC MSCs seeded HA-G scaffold group had improved collagen organization and cartilage formation by 52% at 8 weeks and 262.96% at 4 weeks respectively. Moreover, ultimate failure load also increased by 30.71% at 4 weeks in the UC MSCs seeded HA-G scaffold group compared to the repair group. Especially, the improved values were comparable to values in normal tissue. This study demonstrated that HA-G scaffold isolated from AD induced UC MSCs to form tendon, cartilage and bone matrices similar to the TBI structure according to the HA density. Furthermore, UC MSC-seeded HA-G scaffold regenerated the TBI of the rotator cuff in a rat repair model in terms of histological and biomechanical properties similar to the normal TBI. Statement of Significance We found specific extracellular matrix (ECM) formation in the biomimetic-hydroxyapatite-gradient-scaffold (HA-G-scaffold) in vitro as well as improved histological and biomechanical results of repaired rotator cuff after the scaffold implantation in a rat model. This study has four strengths; An ECM scaffold derived from human adipose tissue; only one-layer used for a gradient scaffold not a multilayer used to mimic the unique structure of the gradient tendon-to-bone-interface (TBI) of the rotator cuff; UC-MSCs as a new cell source for TBI regeneration; and the UC-MSCs synthesized specific matrices with respect to the HA density without any other stimuli. This study suggested that the UC-MSC seeded HA-G-scaffold could be used as a promising strategy for the regeneration of rotator cuff tears.
Copyright © 2020. Published by Elsevier Ltd.