細胞三培養と機械的刺激を使用した腱組織工学のための生きているナノファイバー糸ベースの織物バイオテキスタイル

非標識：エレクトロスピニング戦略を使用することにより、腱膜移植片アプリケーションのために、織られていないナノファイバーの足場が開発されています。ただし、エレクトロスピンナノファイバーの足場は、細胞浸潤のための最適ではない足場構造、弱い引張強度、縫合 - 保持強度、コンパクト構造など、いくつかの障害と制限に直面しています。この作業では、エレクトロスピンナノファイバー糸に基づいて製造された新しいナノファイバーで織られた生物視点が、組織工学腱足場として実装されました。修正されたエレクトロスピニングセットアップに基づいて、ポリカプロラクトン（PCL）ナノファイバー糸は再現性のある品質で製造され、ポリラクチン酸（PLA）多層とインターレースされたプレーン織りの生地にさらに処理されました。典型的なエレクトロスピニングを比較対応物として使用して、ランダムまたは整列したファイバー構造を備えた不織布ナノファイバーPCLメッシュが生成されました。織られた生地には、大幅に大きい細孔サイズがあり、明らかに張られていないカウンターパートよりも明らかに強化された引張機械特性を持つ3Dアライメント微細構造が含まれていました。生物学的結果は、細胞増殖と浸潤、およびヒト脂肪由来間葉系幹細胞（HADMSC）およびヒト腱細胞（HT）による腱特異的遺伝子の発現とともに、織り込み型または整合したナノ繊維幹線膜の織物と比較して、織物のファブリックで大幅に増強されることを明らかにしました。織物布でのHTまたはHTまたはヒト臍静脈内皮細胞（HUVEC）とのHADMSCの共培養は、ほとんどのテノ形成マーカーの機能的発現を大幅に上方制御しました。織物布でのHadMSC/HT/HUVECトライカルチャーは、他のすべてのモノカルチャーおよび共培養グループよりも、ほとんどの腱関連マーカーの最高のアップレギュレーションを示しました。さらに、動的なコンディショニングで三培養されたコンストラクトを条件付けし、動的なストレッチが総コラーゲン分泌と腱形成分化を促進することを実証しました。私たちのナノファイバー糸ベースのバイオチョッテイルは、腱再生を促進するための複数の細胞相互作用と機械的刺激を相乗するための操作された足場として使用する重要な可能性を持っています。 重要な声明：腱移植片は、在来腱組織の治癒能力が本質的に不十分なため、さまざまな腱関連状態の治療に不可欠です。この研究では、エレクトロスピンナノファイバー糸を繊維製造戦略と組み合わせて、ナノファイバー織物の生物張り体を階層的特徴、整列した繊維状のトポグラフィ、および腱組織操作の足場として十分な機械的特性と組み合わせました。従来のエレクトロスピンランダムまたはアライメントメッシュと比較して、私たちの新しいナノファイバー織物の生地は、強い引張と縫合保持強度とより大きな細孔サイズを持っています。また、腱細胞と血管細胞の取り込みが、特に動的な伸びの下で、操作された腱構築物の腱生成分化を促進することを実証しました。この研究は、新しい組織操作された腱足場製造技術を提示するだけでなく、腱の分化と再生を促進するための有用な戦略も提供します。

UNLABELLED: Non-woven nanofibrous scaffolds have been developed for tendon graft application by using electrospinning strategies. However, electrospun nanofibrous scaffolds face some obstacles and limitations, including suboptimal scaffold structure, weak tensile and suture-retention strengths, and compact structure for cell infiltration. In this work, a novel nanofibrous, woven biotextile, fabricated based on electrospun nanofiber yarns, was implemented as a tissue engineered tendon scaffold. Based on our modified electrospinning setup, polycaprolactone (PCL) nanofiber yarns were fabricated with reproducible quality, and were further processed into plain-weaving fabrics interlaced with polylactic acid (PLA) multifilaments. Nonwoven nanofibrous PCL meshes with random or aligned fiber structures were generated using typical electrospinning as comparative counterparts. The woven fabrics contained 3D aligned microstructures with significantly larger pore size and obviously enhanced tensile mechanical properties than their nonwoven counterparts. The biological results revealed that cell proliferation and infiltration, along with the expression of tendon-specific genes by human adipose derived mesenchymal stem cells (HADMSC) and human tenocytes (HT), were significantly enhanced on the woven fabrics compared with those on randomly-oriented or aligned nanofiber meshes. Co-cultures of HADMSC with HT or human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) on woven fabrics significantly upregulated the functional expression of most tenogenic markers. HADMSC/HT/HUVEC tri-culture on woven fabrics showed the highest upregulation of most tendon-associated markers than all the other mono- and co-culture groups. Furthermore, we conditioned the tri-cultured constructs with dynamic conditioning and demonstrated that dynamic stretch promoted total collagen secretion and tenogenic differentiation. Our nanofiber yarn-based biotextiles have significant potential to be used as engineered scaffolds to synergize the multiple cell interaction and mechanical stimulation for promoting tendon regeneration. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Tendon grafts are essential for the treatment of various tendon-related conditions due to the inherently poor healing capacity of native tendon tissues. In this study, we combined electrospun nanofiber yarns with textile manufacturing strategies to fabricate nanofibrous woven biotextiles with hierarchical features, aligned fibrous topography, and sufficient mechanical properties as tendon tissue engineered scaffolds. Comparing to traditional electrospun random or aligned meshes, our novel nanofibrous woven fabrics possess strong tensile and suture-retention strengths and larger pore size. We also demonstrated that the incorporation of tendon cells and vascular cells promoted the tenogenic differentiation of the engineered tendon constructs, especially under dynamic stretch. This study not only presents a novel tissue engineered tendon scaffold fabrication technique but also provides a useful strategy to promote tendon differentiation and regeneration.