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A novel in vitro bovine cartilage punch model for assessing the regeneration of focal cartilage defects with biocompatible bacterial nanocellulose.

焦点軟骨欠損の再生を生体適合性バクテリアセルロースで評価するための新規in vitroウシ軟骨パンチモデル (機械翻訳の邦題)

Arthritis research & therapy2013Pretzel D, Linss S, Ahrem H, et al.
研究デザインその他の原著論文
対象動物

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研究デザイン
その他の原著論文
対象
動物
出版年
2013
出典
doi.org
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出版状態
有効な記録
状態確認日
2026/08/17
収集日
2026/08/04
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確認段階
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公開

日本語要約(機械生成)

関節軟骨欠損の既存治療は再生組織の質が不十分であり、その原因として分解性ポリマーの吸収速度と軟骨再構築速度の不整合が考えられる。本研究では、非分解性で生体適合性のバクテリアセルロース(BNC)を用い、細胞を含まない状態で内在性軟骨細胞の自己修復能を評価する新規in vitroウシ軟骨パンチモデルを開発した。標準化したウシ軟骨ディスクの中心欠損にBNCを充填し、TGF-β1刺激の有無で最長8週間培養した。組織学的解析、免疫組織化学、電子顕微鏡、マトリックス分子の定量、遺伝子発現解析を行った。その結果、非刺激群およびTGF-β1刺激群で軟骨細胞とマトリックスの構造的・機能的完全性が保たれ、8週間の長期培養でも変性兆候なく生存し、軟骨特異的分子の合成が確認された。軟骨細胞はマトリックスから遊走しBNC表面に付着したが、BNC内部への浸潤は孔の直径(2〜5μm)が小さいため認められなかった。BNC表面の軟骨細胞は経時的に再分化を示し、アグリカンとII型コラーゲンのmRNA増加、I型コラーゲンmRNA減少、プロテオグリカンとII型コラーゲンの初期沈着が観察された。TGF-β1刺激はマトリックス完全性に保護効果を示したが、他のパラメータへの影響は限定的だった。本モデルは軟骨の長期培養に適した堅牢で再現性の高いツールであり、動物実験に代わり軟骨再生の初期段階を反映し、生体材料の評価に有用である。

この要約は公開抄録のみを根拠にAIが機械的に生成したものです。正確な内容は原文を確認してください。

抄録

Introduction: Current therapies for articular cartilage defects fail to achieve qualitatively sufficient tissue regeneration, possibly because of a mismatch between the speed of cartilage rebuilding and the resorption of degradable implant polymers. The present study focused on the self-healing capacity of resident cartilage cells in conjunction with cell-free and biocompatible (but non-resorbable) bacterial nanocellulose (BNC). This was tested in a novel in vitro bovine cartilage punch model.Methods: Standardized bovine cartilage discs with a central defect filled with BNC were cultured for up to eight weeks with/without stimulation with transforming growth factor-β1 (TGF-β1. Cartilage formation and integrity were analyzed by histology, immunohistochemistry and electron microscopy. Content, release and neosynthesis of the matrix molecules proteoglycan/aggrecan, collagen II and collagen I were also quantified. Finally, gene expression of these molecules was profiled in resident chondrocytes and chondrocytes migrated onto the cartilage surface or the implant material.Results: Non-stimulated and especially TGF-β1-stimulated cartilage discs displayed a preserved structural and functional integrity of the chondrocytes and surrounding matrix, remained vital in long-term culture (eight weeks) without signs of degeneration and showed substantial synthesis of cartilage-specific molecules at the protein and mRNA level. Whereas mobilization of chondrocytes from the matrix onto the surface of cartilage and implant was pivotal for successful seeding of cell-free BNC, chondrocytes did not immigrate into the central BNC area, possibly due to the relatively small diameter of its pores (2 to 5 μm). Chondrocytes on the BNC surface showed signs of successful redifferentiation over time, including increase of aggrecan/collagen type II mRNA, decrease of collagen type I mRNA and initial deposition of proteoglycan and collagen type II in long-term high-density pellet cultures. Although TGF-β1 stimulation showed protective effects on matrix integrity, effects on other parameters were limited.Conclusions: The present bovine cartilage punch model represents a robust, reproducible and highly suitable tool for the long-term culture of cartilage, maintaining matrix integrity and homoeostasis. As an alternative to animal studies, this model may closely reflect early stages of cartilage regeneration, allowing the evaluation of promising biomaterials with/without chondrogenic factors.

MeSH

AnimalsBiocompatible MaterialsCartilage, ArticularCattleCelluloseChondrocytesChondrogenesisEnzyme-Linked Immunosorbent AssayGluconacetobacter xylinusImmunohistochemistryMicroscopy, Electron, ScanningNanostructuresReal-Time Polymerase Chain ReactionRegenerationReverse Transcriptase Polymerase Chain ReactionTissue Engineering

DOI 10.1186/ar4231

PMID 23673274

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