理学療法は、ヒト軟骨形成剤由来の自己組織組織における関節軟骨細胞様の表現型を促進する

はじめに：生体材料ベースの組織工学は、在来の関節軟骨の構造的アーキテクチャまたは機能的機械的特性を正常に再現していません。足場のない組織工学システムでは、細胞は酸素レベルなどの環境シグナルに応じて、時間の経過とともに細胞外マトリックス全体を分泌および組織化します。この研究では、ヒト由来の軟骨形成細胞からの新無産術の形成に対する酸素の効果を調査しました。 材料と方法：関節軟骨細胞（ACS）および関節軟骨前駆細胞（ACP）は、健康なヒト成人に由来し、アガロースまたはフィブロネクチンのいずれかでコーティングまたはコーティングされたプレートインサートに遠心分離することにより、細胞凝縮に向けて誘導されました。新皮膚軟骨椎間板は、高酸素（20％）または生理的（5％）酸素レベルで培養され、生化学的、生体力学的、および分子分析を使用して、ACS対ACPによって生成された軟骨を比較しました。 結果：フィブロネクチンコーティングされたインサートは、両方の細胞型から軟骨性椎間板を栽培するのに最適であることが証明されました。高酸素症の培養と比較して、生酸化物質で培養されたAC新虐殺は、コンドロゲン性遺伝子発現、プロテオグリカン産生、および機械的特性の有意な増加を示しました。両方の酸素レベルで、ACP由来の新無菌症は、AC由来の新無症と比較して、機械的特性とコラーゲン含有量が大幅に増強された組織を生成しました。ACSとACPの両方が、高酸素と比較して生理酸化におけるコラーゲンIおよびXのレベルを低下させ、コラーゲンIIとXのレベルを低下させました。ACPからの新類骨症は、AC由来の新芸術症と比較した場合、細胞マトリックスのコラーゲンVIに関して在来軟骨の特徴的な異方性組織を示しました。ただし、ACSのみが豊富な表面に局在するルブリシンを生成しました。 議論と結論：凝縮に向けてヒト由来の細胞を誘導することと、物理酸化におけるその後の培養により、ACSおよびACPの関節軟骨組織表現型が促進されました。ACSとは異なり、ACPは軟骨形成性を保持しながら、クローン可能で高度に拡張可能です。単一の自己前駆細胞から足場を含まないアプローチを利用して大きな組織を生成する能力は、軟骨修復を目的とした新芸術症の有望な供給源を表している可能性があります。

INTRODUCTION: Biomaterial-based tissue engineering has not successfully reproduced the structural architecture or functional mechanical properties of native articular cartilage. In scaffold-free tissue engineering systems, cells secrete and organize the entire extracellular matrix over time in response to environmental signals such as oxygen level. In this study, we investigated the effect of oxygen on the formation of neocartilage from human-derived chondrogenic cells. MATERIALS AND METHODS: Articular chondrocytes (ACs) and articular cartilage progenitor cells (ACPs) derived from healthy human adults were guided toward cell condensation by centrifugation onto plate inserts that were uncoated or coated with either agarose or fibronectin. Neocartilage discs were cultured at hyperoxic (20%) or physioxic (5%) oxygen levels, and biochemical, biomechanical, and molecular analyses were used to compare the cartilage produced by ACs versus ACPs. RESULTS: Fibronectin-coated inserts proved optimal for growing cartilaginous discs from both cell types. In comparison with culture in hyperoxia, AC neocartilage cultured at physioxia exhibited a significant increase in chondrogenic gene expression, proteoglycan production, and mechanical properties with a concomitant decrease in collagen content. At both oxygen levels, ACP-derived neocartilage produced tissue with significantly enhanced mechanical properties and collagen content relative to AC-derived neocartilage. Both ACs and ACPs produced substantial collagen II and reduced levels of collagens I and X in physioxia relative to hyperoxia. Neocartilage from ACPs exhibited anisotropic organization characteristic of native cartilage with respect to collagen VI of the pericellular matrix when compared with AC-derived neocartilage; however, only ACs produced abundant surface-localized lubricin. DISCUSSION AND CONCLUSIONS: Guiding human-derived cells toward condensation and subsequent culture in physioxia promoted the articular cartilage tissue phenotype for ACs and ACPs. Unlike ACs, ACPs are clonable and highly expandable while retaining chondrogenicity. The ability to generate large tissues utilizing a scaffold-free approach from a single autologous progenitor cell may represent a promising source of neocartilage destined for cartilage repair.