アルギン酸塩/バクテリアセルロースナノクリスタル-キトサン-ゼラチン複合足場の作製と評価

純粋なアルギン酸塩ハイドロゲルは機械的強度が弱く、細胞認識部位が欠如し、過度の膨潤や制御不能な分解を起こしやすい傾向があり、理想的な足場の要求を満たせないことが周知の事実である。これらの問題に対処するため、アルギン酸塩マトリックス中へのBCNsの組み込み、ヒドロキシアパタイト-d-グルコノ-δ-ラクトン（HAP-GDL）複合体を介した内部ゲル化、および高分子電解質の交互積層（LBL）静電自己組織化を含む複合手法を用いて、アルギン酸塩/バクテリアセルロースナノクリスタル-キトサン-ゼラチン（Alg/BCNs-CS-GT）複合足場の作製を試みた。同時に、様々なBCNs含有量が足場の形態、気孔率、機械的特性、ならびに膨潤および分解挙動に及ぼす影響を調査した。実験結果から、作製されたAlg/BCNs-CS-GT複合足場は規則的な3D形態と高度に発達した細孔構造を示すことが明らかになった。BCNs含有量の増加に伴い、Alg/BCNs-CS-GT複合足場の孔径は200 μmから70 μmへと徐々に縮小した。さらに、BCNsはアルギン酸塩との分子間水素結合を介してアルギン酸塩マトリックス中に完全に包埋された。また、BCNsの添加により、Alg/BCNs-CS-GT複合足場の膨潤および生分解を効果的に制御することができた。さらに、in vitro細胞毒性試験では、BCNsの多孔質繊維ネットワークが細胞外マトリックス構造を完全に模倣でき、これがAlg/BCNs-CS-GT複合足場上でのMG63細胞およびMC3T3-E1細胞の接着と伸展を促進することが示された。加えて、これらの細胞は複合足場の3D多孔質構造内で増殖することができ、良好な増殖能を示した。複合足場の細胞適合性に対するBCNsの影響に基づき、Alg/BCNs-CS-GT複合足場における最適なBCNs含有量は0.2% (w/v)であった。規則的な3D形態、発達した細孔構造、制御された膨潤および生分解挙動、良好な細胞適合性などの優れた利点に基づき、Alg/BCNs-CS-GT複合足場は骨組織工学分野における理想的な足場として大きな可能性を示すと考えられる。