圧縮歪みによるヒト歯根膜線維芽細胞の発現プロファイルに対する異なる3次元培養モデルの評価

An Evaluation of Different 3D Cultivation Models on Expression Profiles of Human Periodontal Ligament Fibroblasts with Compressive Strain.

抄録

歯周靭帯線維芽細胞（PDLF）の遺伝子発現プロファイルに及ぼす矯正治療中の圧縮ひずみの影響については、これまでほとんどが2次元細胞培養で研究されてきた。しかし、3次元培養では、細胞の挙動は多くの面で異なる。そこで、異なる3次元構造体における圧力印加のPDLFへの影響を検討した。PDLFは従来通り播種されるか、異なる3次元構造（スフェロイド、メビオールゲル、3次元足場）に埋め込まれ、圧縮力にさらされるか、圧力なしでインキュベートされた。ある3D足場（POR）については、異なる圧縮力と適用時間の効果もテストした。血管新生遺伝子（）、細胞外マトリックス合成に関わる遺伝子（）、炎症性遺伝子（）、骨リモデリングに関わる遺伝子（）の発現をRT-qPCRで調べたところ、血管新生遺伝子（）、細胞外マトリックス合成に関わる遺伝子（）、炎症性遺伝子（、）、骨リモデリングに関わる遺伝子（、）の発現が確認されました。使用した3次元培養モデルによって、圧縮歪みがPDLFの発現プロファイルに及ぼす影響が異なることが検出された。血管新生遺伝子と炎症性遺伝子は、モデル間で異なる制御を受けた。3次元足場では、圧縮力による骨再形成遺伝子の制御は、3次元ゲルで観察されたのとは逆であった。3次元細胞培養モデルは、従来の2次元モデルと比較して、より生体内の生理機能に近似したモデルを提供することができる。しかし、どの3次元構造体を用いるかが重要であり、機械的歪みによるPDLFの発現プロファイルへの影響は多様であった。

The effects of compressive strain during orthodontic treatment on gene expression profiles of periodontal ligament fibroblasts (PDLFs) have mostly been studied in 2D cell culture. However, cells behave differently in many aspects in 3D culture. Therefore, the effect of pressure application on PDLFs in different 3D structures was investigated. PDLFs were either conventionally seeded or embedded into different 3D structures (spheroids, Mebiol gel, 3D scaffolds) and exposed to compressive force or incubated without pressure. For one 3D scaffold (POR), we also tested the effect of different compressive forces and application times. Expression of an angiogenic gene (), a gene involved in extracellular matrix synthesis (), inflammatory genes (, ), and genes involved in bone remodelling (, ) were investigated by RT-qPCR. Depending on the used 3D cell culture model, we detected different effects of compressive strain on expression profiles of PDLFs. was downregulated in all investigated 3D culture models. Angiogenetic and proinflammatory genes were regulated differentially between models. In 3D scaffolds, regulation of bone-remodelling genes upon compressive force was contrary to that observed in 3D gels. 3D cell culture models provide better approximations to in vivo physiology, compared with conventional 2D models. However, it is crucial which 3D structures are used, as these showed diverse effects on the expression profiles of PDLFs during mechanical strain.