軟骨前駆細胞/幹細胞の最適なサイズのペレットで構成される既製の組織工学軟骨

関節軟骨の焦点病変は、スポーツ医学における扱いにくい課題のままであり、自家軟骨細胞の移植（ACI）は、この病気に最も一般的に利用される治療法の1つです。ただし、現在のACI技術には、患者の罹患率を高め、追加の医療費を獲得する2つの外科的ステップが必要です。本研究では、シルクの足場に紡績軟骨幹/前駆細胞（CSPC）のペレットを播種することにより、1段階の凍結保存されたACI組織設計（TE）軟骨を開発しました。ペレットは吊り下げドロップ法を通じて開発され、1日のインキュベーション時間は、細胞活性に悪影響を与えることなく、球状のペレットを効率的に生成することができました。ペレットサイズも最適化されました。軟骨形成誘導の下で、40000 CSPCからなるペレットは、10000、100000、または200000 cspcsで構成されるペレットと比較して、最も豊富な軟骨マトリックス堆積とSox9、Aggrecan、およびCol2A1の最高のmRNA発現レベルを示すことがわかりました。40000細胞を含むCSPCSペレットを播種した足場は、液体窒素に保存でき、生存率、移動、および軟骨形成能力は3か月間影響を受けませんでした。ラットの断固とした軟骨の欠陥モデルに3か月間移植すると、すぐに使用できるように保存されたTE軟骨は、完全に軟骨の再構成をもたらしました。したがって、私たちの研究は、シルクの足場に播種された最適なサイズのCSPCペレットを備えた密封からの軟骨が強力な軟骨修復能力を示し、ACIに対する便利で有望なワンステップ外科的アプローチを提供するという予備データを提供しました。

Articular cartilage focal lesion remains an intractable challenge in sports medicine, and autologous chondrocytes' implantation (ACI) is one of the most commonly utilized treatment modality for this ailment. However, the current ACI technique requires two surgical steps which increases patients' morbidity and incurs additional medical costs. In the present study, we developed a one-step cryopreserved off-the-shelf ACI tissue-engineered (TE) cartilage by seeding pellets of spheroidal cartilage stem/progenitor cells (CSPCs) on a silk scaffold. The pellets were developed through a hanging-drop method, and the incubation time of 1 day could efficiently produce spheroidal pellets without any adverse influence on the cell activity. The pellet size was also optimized. Under chondrogenic induction, pellets consisting of 40 000 CSPCs were found to exhibit the most abundant cartilage matrix deposition and the highest mRNA expression levels of SOX9, aggrecan, and COL2A1, as compared with pellets consisting of 10 000, 100 000, or 200 000 CSPCs. Scaffolds seeded with CSPCs pellets containing 40 000 cells could be preserved in liquid nitrogen with the viability, migration, and chondrogenic ability remaining unaffected for as long as 3 months. When implanted in a rat trochlear cartilage defect model for 3 months, the ready-to-use, cryopreserved TE cartilage yielded fully cartilage reconstruction, which was comparable with the uncryopreserved control. Hence, our study provided preliminary data that our off-the-shell TE cartilage with optimally sized CSPCs pellets seeded within silk scaffolds exhibited strong cartilage repair capacity, which provided a convenient and promising one-step surgical approach to ACI.