異方性コラーゲン含有ナノファイバーに対する皮膚線維芽細胞の移動および筋線維芽細胞分化におけるインテグリンβ1シグナル伝達の関与

皮膚創傷修復のためのナノファイバーマトリックスの利用は、その形態学的および寸法的類似性と天然の細胞外マトリックス（ECM）との大きな可能性を秘めています。さまざまなナノファイバーマトリックスが皮膚細胞の挙動と細胞内シグナル伝達経路を調節する方法を理解することが非常に望ましいようになり、組織設計の皮膚移植片の機能を調整し、創傷治癒プロセスに影響を与えるために重要です。この研究では、コラーゲンを含むナノファイブマトリックス上の正常なヒト皮膚線維芽細胞（NHDF）の表現型発現は、等方性（すなわち、アライメントなしでランダムに収集された繊維）または異方性（すなわち、整合性）繊維組織が研究されました。、移動アッセイと分子分析。結果は、両方のナノファイバーマトリックスが同様にNHDFの付着と成長をサポートし、焦点接着形成と分布に明確な変動を伴う異なる細胞形態を示すことを示した。異方性ナノファイバーは、活性インテグリンβ1（130 kD成熟型）の増加とTyr-397での焦点接着キナーゼ（FAK）のリン酸化によって証明されるように、NHDFのインテグリンβ1シグナル伝達経路を有意に引き起こしました。異方性マトリックスはまた、繊維に沿ったNHDFの移動を促進しましたが、インテグリンβ1活性の中和はこのプロモーションを廃止しました。さらに、48時間にわたって異方性ナノファイブマトリックスで培養されたNHDFSでは、線維芽細胞と筋線維芽細胞への分化が大幅に増強されました。抗体を中和することによる細胞インテグリンβ1活性の阻害により、この増強は排除されました。これらの発見は、ナノファイバー誘発性の線維芽細胞の表現型の変化を調節し、皮膚再生のためのコラーゲンを含むナノ繊維マトリックスの可能な応用に関する洞察に満ちた理解を提供する際のインテグリンβ1シグナル伝達経路の重要な役割を示唆しています。

Utilization of nanofibrous matrices for skin wound repair holds great promise due to their morphological and dimensional similarity to native extracellular matrix (ECM). It becomes highly desired to understand how various nanofibrous matrices regulate skin cell behaviors and intracellular signaling pathways, important to tuning the functionality of tissue-engineered skin grafts and affecting the wound healing process. In this study, the phenotypic expressions of normal human dermal fibroblasts (NHDFs) on collagen-containing nanofibrous matrices with either isotropic (i.e., fibers collected randomly with no alignment) or anisotropic (i.e., fibers collected with alignment) fiber organizations were studied by immunostaining, migration assay and molecular analyses. Results showed that both nanofibrous matrices supported the attachment and growth of NHDFs similarly, while showing different cell morphology with distinct variation in focal adhesion formation and distribution. Anisotropic nanofibers significantly triggered the integrin β1 signaling pathway in NHDFs as evidenced by an increase of active integrin β1 (130 kD mature form) and phosphorylation of focal adhesion kinase (FAK) at Tyr-397. Anisotropic matrices also promoted the migration of NHDFs along the fibers, while neutralization of the integrin β1 activity abolished this promotion. Moreover, the fibroblast-to-myofibroblast differentiation was greatly enhanced for the NHDFs cultured on anisotropic nanofibrous matrices over a period of 48 h. Inhibition of cellular integrin β1 activity by neutralizing antibody eliminated this enhancement. These findings suggest the important role of integrin β1 signaling pathway in regulating the nanofiber-induced fibroblast phenotypic alteration and providing insightful understanding of the possible application of collagen-containing nanofibrous matrices for skin regeneration.