Addition of hyaluronic acid improves cellular infiltration and promotes early-stage chondrogenesis in a collagen-based scaffold for cartilage tissue engineering.

The response of mesenchymal stem cells (MSCs) to a matrix largely depends on the composition as well as the extrinsic mechanical and morphological properties of the substrate to which they adhere to. Collagen-glycosaminoglycan (CG) scaffolds have been extensively used in a range of tissue engineering applications with great success. This is due in part to the presence of the glycosaminoglycans (GAGs) in complementing the biofunctionality of collagen. In this context, the overall goal of this study was to investigate the effect of two GAG types: chondroitin sulphate (CS) and hyaluronic acid (HyA) on the mechanical and morphological characteristics of collagen-based scaffolds and subsequently on the differentiation of rat MSCs in vitro. Morphological characterisation revealed that the incorporation of HyA resulted in a significant reduction in scaffold mean pore size (93.9 μm) relative to collagen-CS (CCS) scaffolds (136.2 μm). In addition, the collagen-HyA (CHyA) scaffolds exhibited greater levels of MSC infiltration in comparison to the CCS scaffolds. Moreover, these CHyA scaffolds showed significant acceleration of early stage gene expression of SOX-9 (approximately 60-fold higher, p < 0.01) and collagen type II (approximately 35-fold higher, p < 0.01) as well as cartilage matrix production (7-fold higher sGAG content) in comparison to CCS scaffolds by day 14. Combining their ability to stimulate MSC migration and chondrogenesis in vitro, these CHyA scaffolds show great potential as appropriate matrices for promoting cartilage tissue repair.

和訳
「ヒアルロン酸の添加は、軟骨組織工学用のコラーゲンベースの足場における細胞浸潤を改善し、早期軟骨形成を促進する」

間葉系幹細胞(MSC)のマトリックスに対する応答は、それらが付着する基質の組成、ならびに外因性の機械的および形態学的特性に大きく依存する。コラーゲン-グリコサミノグリカン(CG)足場は、広範囲の組織工学用途で汎用されており、大きな成功を収めている。これは、コラーゲンの生体機能性を補完するグリコサミノグリカン(GAG)の存在に一部起因している。この点で、本研究の全体的な目標は、2種類のGAG、コンドロイチン硫酸(CS)およびヒアルロン酸(HyA)の、コラーゲンベースの足場の機械的および形態学的性質に対する効果、続いてin vitroでラットMSCの分化に対する効果を調べることであった。形態学的特徴の分析から、HyAの添加により、コラーゲンCS(CCS)足場(136.2 μm)に比べて足場の平均ポアサイズ(93.9 μm)が有意に減少したことが明らかとなった。また、コラーゲン-HyA(CHyA)足場は、CCS足場と比較して高いレベルのMSC浸潤を示した。さらに、これらのCHyA足場は、CCS足場と比較して、14日目までにSOX-9(約60倍高い, p < 0.01)とII型コラーゲン(約35倍高い, p < 0.01)の早期遺伝子発現、および軟骨基質の産生(7倍高いsGAG含量)の有意な加速を示した。in vitroでのMSC遊走および軟骨形成を刺激する能力と合わせ、これらCHyA足場は、軟骨組織の修復促進のための適切なマトリックスとして大きな可能性を示している。

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