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May 29, 2024

心臓筋線維の​​階層構造を模倣した導電性足場

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2863 (2023) この記事を引用 1537 アクセス数 1 引用数 2 Altmetric Metrics 詳細 固有の方向性を模倣した導電性足場

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2863 (2023) この記事を引用

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2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

心筋の筋線維の独特の方向配列を模倣した導電性足場は、3D プリンティングマイクロステレオリソグラフィー技術を使用して製造されます。 ポリエチレングリコールジアクリレート (感光性ポリマー)、イルガキュア 819 (光開始剤)、クルクミン (染料)、およびポリアニリン (導電性ポリマー) をブレンドして、フリーラジカル光重合反応を使用して架橋される導電性インクを作成します。 クルクミンは液体フィルターとして機能し、光が感光性溶液の奥深くまで浸透するのを防ぎ、3D プリントプロセスで中心的な役割を果たします。 得られた足場は、平均孔径 300 ± 15 μm の明確な形態と、導電率約 10-6 S/m の半導体特性を示します。 サイクリック ボルタンメトリー分析は電気活性を検出し、電子の移動にポリマーと電解質溶液間のイオン拡散がどのように関与しているかを強調します。 足場は、37 °C の PBS に浸漬してから 30 分後に最大膨張範囲に達し、4 週間後にはポリエチレン グリコール ネットワークに典型的な遅い加水分解速度を示します。 導電性足場は調整可能な導電性を示し、培養マウス心臓前駆細胞に最適な環境を提供します。

生体組織は通常、その組織に埋め込まれた細胞の種類、その機構に寄与するさまざまな分子の発現、および分化のさまざまな段階で分泌される因子のファミリーによって分類されます。 しかし、細胞間のコミュニケーションと機能に不可欠な微弱な電流も流れています1。 心筋と神経では、これらの基礎電流は、隣接する細胞を通って身体の最末梢領域に伝わる信号と機械的力を生み出すことができる自己生成周期的電波によって重畳されます。 これに関連して、心筋組織の機能は、心臓組織の独特の機械的特性と異方性構造によって調節されます。この構造では、広い三次元細胞外マトリックス (ECM) ネットワークが心筋細胞の方向を定め、心筋細胞を機械的に結合して電気的接続を確保し、心室収縮中に弾性サポートを提供します。 心筋線維の方向は、心室壁全体にわたって経壁的に変化します。 これらの線維は心内膜下領域で右螺旋方向に走り、中壁を円周方向に通過し、心外膜下領域で左螺旋方向に向きを変え、心臓のポンピングに大きく貢献します2,3。 とりわけ、外傷性の出来事や変性疾患は、心臓の生来の再生能力が低いために、この素​​晴らしい生体構造に修復不可能な損傷をもたらすことがよくあります4。 損傷した領域はコラーゲンが豊富な瘢痕組織に置き換わり、心室の形状を歪め、電気信号の定期的な流れを妨げ、長期的には不整脈や心不全を引き起こします5。

過去数十年間の生物科学、工学、材料科学、および高度なマイクロ/ナノ製造技術の進歩により、健康な心筋のストライプを作製して移植することによって損傷した心室領域を修復できる可能性が示唆されてきました。 この目的を達成するために、心筋組織の生体構造と機能の複雑さを適合させるために、学際的なアプローチ (組織工学) が採用されています。 典型的な組織工学実験では、組織の ECM を漠然とエミュレートする生体適合性ポリマー足場に幹細胞が播種されます。 足場は通常、天然または合成の生体材料、または両方の組み合わせ（足場）で構成されており、このアプローチを使用して、いくつかの人工心臓様組織が操作され、生体内に移植されています6、7、8、9、10、11。 しかし、世界中で多大な努力が払われているにもかかわらず、その結果は臨床使用を想定するにはまだ十分ではありません 12,13。 この失敗の原因は、とりわけ、組織の生体構造を適切に模倣していない足場に主に見出されます14。 当初、足場は培養細胞が成長し増殖するための機械的な支持体としてのみ意図されていました。 その後、細胞が独自の ECM を分泌するのを待っている間に、足場の特定の物理的、化学的、機械的、生物学的特性によって細胞分化を促進できることが明らかになりました。