Osteogenic differentiation of human adipose-derived stem cells in fibrous poly(L-lactic acid)(PLLA) scaffolds containing 1,25-dihydroxyvitamin D3

Abstract

In bone tissue engineering, osteogenic induction of human adipose-derived stem cell has been conducted by various methods. For successful osteogenic differentiation, scaffolds for mechanical supporting and osteogenic inducer materials that mimic the micro-environment for natural tissue differentiation and growth are required. In this study, fibrous poly(L-lactic acid)(PLLA) scaffolds containing 1,25-dihydroxyvitaminD3 were fabricated by electrospinning method and osteogenic differentiation effect was evaluated by several factors such as attached cell morphology, cell proliferation, ALPase activity, osteogenic marker gene expressions, and histology. 1,25-Dihydroxyvitamin D3 loaded PLLA scaffold with control medium not containing dexamethasone showed similar attached cell morphology and cell proliferation to other samples. ALPase activity of 1,25-dihydroxyvitamin D3 loaded PLLA scaffold with control medium was higher than other conditions and osteogenic marker gene expression of 1,25-dihydroxyvitamin D3 loaded PLLA scaffold sample cultured in control medium containing no dexamethasone was similar to other conditions or slightly more upregulated than other conditions. The amount of calcium deposition of 1,25-dihydroxyvitamin D3 loaded PLLA scaffold sample cultured in control medium was higher than other conditions. From these results, 1,25-dihydroxyvitamin D3 loaded PLLA scaffold without other osteogenic inducer is considered that plays enough role for osteogenic differentiation in human adipose-derived stem cells.;최근 다양한 방법을 이용하여 사람 지방유래 줄기세포로부터 골분화를 유도하는 연구가 많이 이루어지고 있다. 골분화를 위해서는 조직의 분화 및 생장을 위한 마이크로 환경을 모방하기 위해 필수적인 요소들이 있는데, 세포의 기계적인 지지를 위한 지지체와 골분화를 유도하는 물질이 그것이다. 본 연구에서는 1,25-dihydroxyvitamin D3를 포함하는 섬유형 폴리락타이드 지지체를 전기방사법에 의하여 제조하여, 사람 지방유래 줄기세포의 골분화에 대한 효과를 부착된 세포 형태, 세포증식정도, ALPase 활성, 골분화에 대한 지표 유전자의 발현, 칼슘의 침착정도의 요소에 의해 평가하였다. 실험의 대조군으로 1,25-dihydroxyvitamin D3를 포함하지 않는 섬유형 폴리락타이드 지지체를 전기방사법에 의하여 제조하였고, 배양용 배지는 골분화 유도물질로 잘 알려져 있는 dexamethasone을 포함하는 골분화유도용배지와 dexamethasone을 포함하지 않는 대조군 배지를 사용하여, 총 4개의 조건에 대하여 사람 지방유래 줄기세포의 골분화를 평가하였다. 실험결과, 1,25-dihydroxyvitamin D3를 포함하는 섬유형 폴리락타이드 지지체에 파종되어 dexamethasone을 포함하지 않는 대조군 배지에 의하여 배양된 사람 지방유래 줄기세포의 경우, 세포 부착 형태 및 세포증식정도는 다른군과 유사한 양상을 보였고, ALPase 활성은 다른 군에 비하여 높게 나타내었으며, 골분화에 대한 지표 유전자는 다른 군과 유사하게 발현되거나 약간 더 많이 발현되었다. 칼슘침착 정도도 다른 군에 비하여 높게 나타났다. 이러한 실험결과에 의해, 1,25-dihydroxyvitamin D3를 포함하는 섬유형 폴리락타이드 지지체는 다른 골분화유도물질이 없더라도 사람 지방유래 줄기세포의 골분화를 충분히 유도할 수 있는 것으로 평가되었다.