ماتریکس خارج سلولی قلبی سه بعدی بالغ بلوغ کاردیومیوسیت های مشتق از سلول های بنیادی پرتوان القایی را افزایش می دهد
تاریخ انتشار: شنبه 26 تیر 1395
| امتیاز:
کاردیومیوسیت های مشتق از سلول های بنیادی پرتوان(CM) پتانسیل زیادی در تکوین درمان های جدید برای بیماری های قلبی عروقی دارند. به ویژه، سلول های بنیادی پرتوان القایی انسانی(iPSC) ممکن است به دلیل پرتوانی شان، پتانسیل خودنوزایی شان و توانایی شان برای ایجاد رده های سلولی خاص بیمار ممکن است مزیت های ویژه ای را ارائه دهند. متاسفانه، کاردیومیوسیت های مشتق از سلول های بنیادی پرتوان نابالغ هستند و ویژگی هایی را نشان می دهند که بیشتر شبیه کاردیومیوسیت های جنینی است تا کاردیومیوسیت های بالغ و این عدم بلوغ استفاده از آن ها در غربالگری ها و درمان های مبتنی بر سلول را محدود می کند. ماتریکس خارج سلولی(ECM) رفتار و بلوغ سلولی و هم چنین ژئومتری محیط دو و سه بعدی را تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین ما این فرضیه که ماتریکس خارج سلولی قلبی و کشت سه بعدی ممکن است بلوغ کاردیومیوسیت های مشتق از سلول های بنیادی پرتوان را در شرایط آزمایشگاهی تقویت کنند، تست کردیم. ما نشان دادیم که بلوغ کاردیومیوسیت های مشتق از سلول های بنیادی پرتوان، زمانی که سلول ها روی یک داربست سه بعدی ماتریکس خارج سلولی قلبی کشت داده شدند در مقایسه با کشت های دو بعدی تقویت شد. داربست سه بعدی ماتریکس خارج سلولی قلبی بیان افزایش یافته های ژن های مدیریت کننده کلسیم مانند Junctin، Ca V 1.2، NCX1، HCN4، SERCA2a، Triadin و CASQ2 را افزایش داد. همگام با این، ما دریافتیم که کاردیومیوسیت های مشتق از سلول های بنیادی پرتوان در ماتریکس خارج سلولی قلبی بالغ سه بعدی سیگنالینگ کلسیمی افزایش یافته ای و کینتیکی را در مقایسه با کشت های دو بعدی نشان دادند. هم چنین سلول ها در کشت سه بعدی به کافئین بیشتر پاسخ دادند که احتمالا منعکس کننده یک افزایش کلسیم در دسترس شبکه سارکوپلاسمی است. در مجموع، این مطالعات استراتژی های جدیدی را برای بلوغ کاردیومیوسیت های مشتق از سلول های بنیادی پرتوان ارائه می دهد که ممکن است در غربالگری داروها و درمان های پیوندی برای درمان بیماری های قلبی کاربرد داشته باشد.
Tissue Eng Part A. 2016 Jul 8. [Epub ahead of print]
Three-dimensional adult cardiac extracellular matrix promotes maturation of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes.
Fong AH1, Romero-López M2, Heylman CM3, Keating M4, Tran D5, Sobrino A6, Tran AQ7, Pham HH8, Fimbres C9, Gershon PD10, Botvinick EL11, George SC12, Hughes CC13.
Abstract
Pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (CM) have great potential in the development of new therapies for cardiovascular disease. In particular, human induced pluripotent stem cells (iPSC) may prove especially advantageous due to their pluripotency, their self-renewal potential, and their ability to create patient-specific cell lines. Unfortunately, pluripotent stem cell-derived CM are immature, with characteristics more closely resembling fetal CM than adult CM, and this immaturity has limited their use in drug screening and cell-based therapies. Extracellular matrix (ECM) influences cellular behavior and maturation, as does the geometry of the environment - 2D vs. 3D. We therefore tested the hypothesis that native cardiac ECM and 3D cultures might enhance the maturation of iPSC-derived CMs in vitro. We demonstrate that maturation of iPSC-derived CM was enhanced when cells were seeded into a three-dimensional (3D) cardiac ECM scaffold, compared to two-dimensional (2D) culture. 3D cardiac ECM promoted increased expression of calcium handling genes Junctin, CaV1.2, NCX1, HCN4, SERCA2a, Triadin, and CASQ2. Consistent with this, we find that iPSC-derived CM in 3D adult cardiac ECM show increased calcium signaling (amplitude) and kinetics (maximum upstroke and downstroke), compared to cells in 2D. Cells in 3D culture were also more responsive to caffeine, likely reflecting an increased availability of calcium in the sarcoplasmic reticulum. Taken together, these studies provide novel strategies to mature iPSC-derived CMs that may have applications in drug screening and transplantation therapies to treat heart disease.
PMID: 27392582