IDG-SW3骨細胞分化と骨細胞外マトリックス堆積は、3Dマトリックスメタロプロテイナーゼ感受性ヒドロゲルで強化されます

骨細胞は、鉱化されたマトリックスに存在し、in vivoで研究し、in vitroでの研究のために抽出することを困難にしています。IDG-SW3細胞は、ミネラル化コラーゲンマトリックスを生成し、骨芽細胞から成熟骨細胞への移行を行うことができ、in vitroで骨芽細胞後期の分化を研究する代替品を提供します。この作業の目標は、3D分解性ヒドロゲルを開発して、IDG-SW3の分化と骨ECMの堆積をサポートすることでした。2Dでは、遺伝子MMP2とMMP13はIDG-SW3分化中に増加し、ペプチド架橋GCGPLG-LWARCGおよびRGDを含むMMP感受性ポリ（エチレングリコール）ヒドロゲルを作成するための標的として使用され、細胞付着を促進しました。MMP感受性ヒドロゲルのIDG-SW3分化は、非分解性ヒドロゲルと標準の2D培養で改善されました。14日目のアルカリホスファターゼ活性は高く、DMP1とPHEXはそれぞれ8.1倍、3.8倍高く、DMP1タンパク質の発現は、非分解性ヒドロゲルと比較してMMP感受性ヒドロゲルでより顕著でした。細胞増殖密度（細胞/ml前駆体）は、樹状突起様細胞プロセスの形成と、80×106によるミネラルおよびコラーゲンの沈着の形成に影響を与え、2×106または20×106よりも優れたパフォーマンスを発揮しましたが、コネキシン43は細胞密度の影響を受けませんでした。細胞密度効果は、非分解性ヒドロゲルよりもMMP感受性ヒドロゲルでより顕著でした。この研究では、細胞カプセル化密度が高いことと、細胞を介した分解の影響を受けやすいヒドロゲルが、ミネラル化コラーゲンマトリックスと骨細胞分化を強化したことを特定しました。全体として、3Dの骨芽細胞から骨細胞までのIDG-SW3細胞成熟をサポートする有望なヒドロゲルが提示されています。

Osteocytes reside within a heavily mineralized matrix making them difficult to study in vivo and to extract for studies in vitro. IDG-SW3 cells are capable of producing mineralized collagen matrix and transitioning from osteoblasts to mature osteocytes, thus offering an alternative to study osteoblast to late osteocyte differentiation in vitro. The goal for this work was to develop a 3D degradable hydrogel to support IDG-SW3 differentiation and deposition of bone ECM. In 2D, the genes Mmp2 and Mmp13 increased during IDG-SW3 differentiation and were used as targets to create a MMP-sensitive poly(ethylene glycol) hydrogel containing the peptide crosslink GCGPLG-LWARCG and RGD to promote cell attachment. IDG-SW3 differentiation in the MMP-sensitive hydrogels improved over non-degradable hydrogels and standard 2D culture. Alkaline phosphatase activity at day 14 was higher, Dmp1 and Phex were 8.1-fold and 3.8-fold higher, respectively, and DMP1 protein expression was more pronounced in the MMP-sensitive hydrogels compared to non-degradable hydrogels. Cell-encapsulation density (cells/ml precursor) influenced formation of dendrite-like cellular process and mineral and collagen deposition with 80×106 performing better than 2×106 or 20×106, while connexin 43 was not affected by cell density. The cell density effects were more pronounced in the MMP-sensitive hydrogels over non-degradable hydrogels. This study identified that high cell encapsulation density and a hydrogel susceptible to cell-mediated degradation enhanced mineralized collagen matrix and osteocyte differentiation. Overall, a promising hydrogel is presented that supports IDG-SW3 cell maturation from osteoblasts to osteocytes in 3D.