Composite scaffolds for programmed control of stem cell proliferation and differentiation

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H03830
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90120:Biomaterials-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: KAWAZOE Naoki 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 主席研究員 (90314848)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 陳 国平 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, グループリーダー (50357505) ; 吉冨 徹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 主幹研究員 (20585799)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 足場材料 / 幹細胞 / 細胞増殖 / 分化 / プログラム制御

Outline of Final Research Achievements

Collagen scaffolds with highly interconnected pores were fabricated with poly(lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA) sponge as a sacrificed template. The PLGA-templated collagen scaffolds were used to culture human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSCs) to investigate their promotive effect on the ploliferative and chondrogenic differentiation of hMSCs. The cells adhered to the scaffolds and proliferated with culture period. The expression of chondrogenesis-related genes was upregulated, and abundant cartilaginous matrices were detected. After subcutaneous implantation of mice, the PLGA-templated collagen scaffolds further enhanced the production of cartilaginous matrices of the implants. The good interconnectivity of the PLGA-templated collagen scaffolds promoted chondrogenic differentiation. In conclusion, we demonstrated that highly interconnected porous collagen scaffolds promoted proliferation and chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cell proliferation.

Free Research Field

生体材料学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

変形性関節症などの疾患を治療するために、間葉系幹細胞とコラーゲンハイドロゲルを利用した軟骨組織の再生に関する研究が近年盛んに行われている。しかし、大きな軟骨組織を再生する上で、間葉系幹細胞から軟骨細胞への分化効率は十分ではない。そこで本研究では、わずかな数の幹細胞から大きな軟骨組織を効率よく再生できる多孔質足場材料を開発した。間葉系幹細胞の増殖と軟骨分化を促進する多孔質足場材料に求められる空孔連通性や気孔率などを明らかにした点で本研究成果の学術的意義がある。また、高齢化社会において変形性関節症の罹患者は増加することが予想され、大きな関節軟骨組織を再生できる多孔質足場材料の社会的意義は大きい。