ユニークなマトリソームプロファイルを備えた骨芽細胞/線維芽細胞共培養由来生物活性ECMは骨再生を促進します

模倣組織ニッチを伴う細胞外マトリックス（ECM）は、内因性細胞の動員と自己修復プロセスの刺激を介してその場での組織の再生を促進するのに魅力的でした。しかし、in vitroでユニークなマトリソームで複雑な組織特異的ECMを設計する方法は、組織工学と再生医療におけるECMベースの生体材料の課題でした。ここでは、セルセル通信に導かれた骨模倣ECMニッチニッチをエンジニアリングするために共培養システムを導入しました。共培養では、線維芽細胞は細胞外小胞を介して骨芽細胞の骨形成分化を促進しました。生成されたECM（MN-ECM）は、形態と生物学的成分のユニークな外観を示しました。Mn-ECMの利点は、in vitroでの複数の細胞挙動（増殖、接着、骨形成鉱化）の促進とin vivoでの骨再生によって実証されました。さらに、プロテオーム解析を使用して、Mn-ECMの分子メカニズムを明確にし、特定のマトリソームの署名を明らかにしました。本研究は、共培養システムでの細胞細胞通信を介して組織模倣ニッチを備えたECMを生成するための新しい戦略を提供し、組織生物活性ECMエンジニアリングの開発を転送し、骨組織工学のために細胞によって調節されるECMニッチの理解を深めます。

Extracellular matrix (ECM) with mimetic tissue niches was attractive to facilitate tissue regeneration in situ via recruitment of endogenous cells and stimulation of self-healing process. However, how to engineer the complicate tissue specific ECM with unique matrisome in vitro was a challenge of ECM-based biomaterials in tissue engineering and regenerative medicine. Here, we introduced coculture system to engineer bone mimetic ECM niche guided by cell-cell communication. In the cocultures, fibroblasts promoted osteogenic differentiation of osteoblasts via extracellular vesicles. The generated ECM (MN-ECM) displayed a unique appearance of morphology and biological components. The advantages of MN-ECM were demonstrated with promotion of multiple cellular behaviors (proliferation, adhesion and osteogenic mineralization) in vitro and bone regeneration in vivo. Moreover, proteomic analysis was used to clarify the molecular mechanism of MN-ECM, which revealed a specific matrisome signature. The present study provides a novel strategy to generate ECM with tissue mimetic niches via cell-cell communication in a coculture system, which forwards the development of tissue-bioactive ECM engineering along with deepening the understanding of ECM niches regulated by cells for bone tissue engineering.