PVAジェラチンクリオゲルにおける細胞のカプセル化と凍結耐性：凍結防止剤としてのカルボキシル化ε-ポリL-リジンの組み込み

使用前に解凍プロセス中に最終特性を調整できる凍結保護可能な細胞を含む組織設計足場を生成することが望ましいです。ポリビニルアルコール（PVA）ベースのソリューションは、凍結化のプロセスにより、凍結保護された細胞懸濁液をすぐに使用できる細胞を含んだ足場に変えることができるプラットフォームを提供します。この研究では、DMSOを凍結防止剤として備えたこのようなPVAシステムが成功裏に開発されました。血管平滑筋細胞（VSMC）にカプセル化されたクリオゲルは、環状株の条件下と血管内皮細胞と共培養されて、血管組織の設定でこれらの細胞がin vivoで経験する環境を模倣するために、血管内皮細胞との共培養で調査されました。細胞毒性DMSOが生産手順に関して課せられることを考慮して、カルボキシル化ポリ-L-リジン（COOH-PLL）は、より安定した凍結期間を可能にするために、より長く遅い融解期間を可能にするために、非細胞毒性凍結増殖剤として置換されました。凍結防止剤としてのDMSOを使用したカプセル化されたVSMCは、整列と増殖の増加とともに10％の周期的ひずみに反応しました。即時解凍と比較して、生存率を失うことなく、細胞を1か月間凍結しました。SMCにカプセル化されたクリオゲルは、機能性内皮細胞の共培養をサポートしました。DMSOの代わりにCOOH-PLLを置換すると、さまざまな解凍期間にわたってカプセル化されたクリオゲルの細胞生存率が大幅に増加しました。基本的なクリオゲルの物理的特性を保持しながら、凍結化中にCOOH-PLLが保存された細胞機能を取り入れ、それにより、特に血管組織工学、またはマイクロゲル内の細胞保存のための組織設計足場の有望なプラットフォームになると結論付けています。

It is desirable to produce cryopreservable cell-laden tissue-engineering scaffolds whose final properties can be adjusted during the thawing process immediately prior to use. Polyvinyl alcohol (PVA)-based solutions provide platforms in which cryoprotected cell suspensions can be turned into a ready-to-use, cell-laden scaffold by a process of cryogelation. In this study, such a PVA system, with DMSO as the cryoprotectant, was successfully developed. Vascular smooth muscle cell (vSMC)-encapsulated cryogels were investigated under conditions of cyclic strain and in co-culture with vascular endothelial cells to mimic the environment these cells experience in vivo in a vascular tissue-engineering setting. In view of the cytotoxicity DMSO imposes with respect to the production procedure, carboxylated poly-L-lysine (COOH-PLL) was substituted as a non-cytotoxic cryoprotectant to allow longer, slower thawing periods to generate more stable cryogels. Encapsulated vSMC with DMSO as a cryoprotectant responded to 10% cyclic strain with increased alignment and proliferation. Cells were stored frozen for 1 month without loss of viability compared to immediate thawing. SMC-encapsulated cryogels also successfully supported functional endothelial cell co-culture. Substitution of COOH-PLL in place of DMSO resulted in a significant increase in cell viability in encapsulated cryogels for a range of thawing periods. We conclude that incorporation of COOH-PLL during cryogelation preserved cell functionality while retaining fundamental cryogel physical properties, thereby making it a promising platform for tissue-engineering scaffolds, particularly for vascular tissue engineering, or cell preservation within microgels.