Sustained release of ascorbate-2- phosphate and dexamethasone from porous plga scaffolds for osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells

Abstract

[한글]

중간엽줄기세포는 근골격계 조직공학의 좋은 수단이다. 하지만 이 세포들은 여러가지 세포로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있어 특정한 조직을 만들기 위해서는 특정한 세포로 이 세포들의 분화가 유도되어야 한다. ascorbate-2-phosphate(AsAP)와 Dexamethasone(Dex)는 생체 외에서 중간엽줄기세포가 골화세포로 분화되게 하는 역할을 한다. 한편, 다공성 poly(D,L-lactide-co-glycolide)(PLGA) 지지체는 조직공학의 지지체로 많이 사용되어 왔다. 이번 실험에서는 AsAP와 Dex를 서서히 방출하는 다공성 지지체를 제조하였다. AsAP는 유기용매에 불용성이라 PLGA지지체에 입자형태로

함유되었다. AsAP의 입자 크기가 작아질수록 함유율은 증가하였다. Dex는 분자수준에서 지지체 전반에 골고루 분포하였다. 생체외 방출실험에서 AsAP와 Dex는 각각 4일과 9일 이후에는 적어도 35일까지

0차 함수적으로 방출되었다.

중간엽줄기세포가 AsAP와 Dex가 들어간 지지체에서 배양된 경우 배양 14일째, 대조군 지지체에서 배양된 경우보다 많은 칼슘이 침착되었다. 또한 중간엽줄기세포를 이러한 지지체를 통해 면역결핍마우스의 피하에 이식한 다음 2 주 이후 역전사효소를 이용한 중합효소연쇄반응(RT-PCR)을 실시한 결과 AsAP와 Dex가 들어가 있는 지지체를 통해 이식된 중간엽줄기세포에서 그렇지 않은 세포보다 보다 많은 양의 osteocalcin을 발현하였다.

결론적으로, AsAP와 Dex는 성공적으로 생분해성 다공성 고분자 지지체에 함유되었고 중간엽줄기세포는 이 다공성 고분자 지지체에서 생체내에서나 생체외에서 골화세포로 분화되었다.

[영문]

Mesenchymal stem cells (MSCs) are promising options for mesenchyaml tissue engineering. However, as they are multipotent, to fabricate specific mesenchymal tissue, they should be induced

to specific lineage. Ascorbate-2-phosphate and dexamethasone are major inducer of osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells in vitro. In addition, porous poly(D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA) matrices have been used as vehicles of tissue engineering. In this experiment, we fabricated biodegradable porous scaffolds which released ascorbate-2-phosphate (AsAP) and dexamethasone (Dex) upto 35 days. AsAP is lipid insoluble and was incorporated into the PLGA scaffolds as particles. As the size of AsAP decrease, the incorporation efficiency increased. Dex was incorporated as molecularly dispersed pattern. In vitro release study of Dex and AsAP from the scaffolds showed that after day 4 and 9 respectively, release rate was zero order at least untill day 35. When MSCs were cultured in the scaffolds in vitro, the cultures were significantly more mineralized than those in control scaffolds. When MSCs were delivered into the subcutaneous tissue of athymic mice via the polymeric scaffolds, RT-PCR showed that MSCs in the AsAP and Dex incorporated scaffolds expressed significantly higher osteocalcin than those in control scaffolds. /In conclusion, AsAP and Dex was sustained released from the biodegradable polymeric scaffolds and MSCs were induced into osteogenic lineage in the PLGA scaffolds both in vitro and in vivo.