DOI:10.1007/s10439-020-02499-9
關節軟骨具有有限的愈合和自我修復能力。關節軟骨的損傷變得不可逆轉，從而導致骨關節炎，這可能會影響一個人的生活質量。大約5-10%的軟骨組織由硫酸化糖胺聚糖（GAGs）組成，它可以隔離生長因子并為天然軟骨組織提供結構完整性。本研究評估了人間充質干細胞（MSCs）在含有部分硫酸化纖維素（pSC）的明膠支架上的軟骨分化，pSC是一種來源于纖維素的GAG模擬物，與天然GAGs、硫酸軟骨素A（CS-A）和硫酸軟骨素C（CS-C）相比，pSC在硫酸化程度和模式方面與CS-C相似。通過將明膠與pSC或天然GAGs靜電紡絲來制備支架。所有支架均由平均直徑約為3μm的纖維組成，纖維間距約為30μm，在整個培養過程中均保持水解穩定性。在含有pSC的支架上培養的MSCs顯示出早期硫酸化GAGs的產生，并且比天然GAGs具有更高的II型與I型膠原比率。在天然GAGs中，與含CS-A的支架相比，CS-C在更大程度上促進了軟骨形成，這表明硫酸化模式會影響軟骨形成。部分硫酸化纖維素可用作軟骨組織工程應用的潛在GAG模仿物。
圖1.硫酸軟骨素（CS-A，CS-C）和部分硫酸鈉纖維素（pSC）的理想化學結構。 Glc-葡萄糖，GlcUA-葡萄糖醛酸，GalNAc-N-乙酰基-D-半乳糖胺。
圖2.（a）明膠（b）明膠-CS-A（c）明膠-CS-C（d）明膠-pSC（×5000放大，比例尺為10μm）的SEM圖像。
圖3.（a） 明膠支架（明膠）和含CS-A（Gel-CS-A）、CS-C（Gel-CS-C）、pSC（Gel-pSC）的明膠支架在37℃下從初始干燥狀態孵育10分鐘后的溶脹率和（b）尺寸變化（值為平均值±標準偏差，*與CS-C和pSC存在顯著性差異（p<0.05），**與CS-A存在顯著性差異（p<0.05）。
圖4.（a）明膠支架和含有天然GAGs和pSC的明膠支架上的細胞數。（＃與第14天有顯著性差異（p<0.05）），（b）在明膠支架和含有天然GAGs和pSC的明膠支架上，每個細胞產生的硫酸化糖胺聚糖。*在第14天時明顯大于明膠、gel-CS-A和gel-CS-C（p<0.05）。**明顯大于明膠（p<0.05）。＃明顯大于gel-CS-A（p<0.05）。（值表示平均值±標準偏差）。
圖5.（a）MMP2的基因表達（**含CS-A和CS-C的明膠支架在時間點上存在顯著性差異（p<0.05））。a與第4天存在顯著性差異（p<0.05）。b與第7天存在顯著性差異（p<0.05），（b）I型膠原（ColI）（與含CS-C的明膠支架顯著不同，a與第7天顯著不同，b與第14天顯著不同（p<0.05）），（c）Sox9，（d）II型膠原（ColII），（e）蛋白聚糖（Agg），（f） 人軟骨蛋白（CHAD）（c-f）*在時間點上顯著高于所有組（p<0.05）。＃在某一時間點顯著高于明膠和明膠-CS-A組（p<0.05）。a、 b、c分別與第7、14、28天存在顯著性差異（p<0.05），（g）X型膠原（ColX）（顯著高于明膠和含CS-C的明膠支架（p<0.05））。（h） 血管內皮生長因子（VEGF）（顯著高于明膠和含CS-A支架（p<0.05））（g，h）*顯著高于所有支架，a顯著高于第14天（p<0.05））（所有值均歸一化為RPLPO，表示為平均值±標準偏差）。
圖6.第14和28天在CCM+中在明膠和含有天然GAGs和pSC的明膠支架上培養的細胞的共聚焦圖像。II型膠原（綠色）、肌動蛋白（紅色）和核（藍色）。（×40放大，比例尺50μm）。
圖7.第14和28天在CCM +中在明膠和含有硫酸軟骨素和pSC的明膠支架上培養的細胞的共聚焦圖像。蛋白聚糖（綠色）、肌動蛋白（紅色）和核（藍色）。（×40放大，比例尺50μm）。
圖8.（a）在CCM+中培養28天后，在明膠和含有硫酸軟骨素和pSC的明膠支架上細胞的I型和II型膠原蛋白的產生。（＃I型膠原蛋白的生成量顯著高于Gel-pSC，**I型膠原蛋白的數量顯著高于所有組，*II型膠原蛋白的數量顯著高于所有組，a與I型膠原蛋白的生成量顯著不同（p<0.05）），（b）II型膠原與I型膠原的比率。（＃顯著高于明膠和Gel-CS-A，*顯著高于所有組（p<0.05））（值表示為平均值±標準偏差）。
微信二維碼
