مقایسه تمایز غضروفی القاشده سلول های بنیادی مزانشیمی در داربست های PDMS سه بعدی

تاریخ انتشار: شنبه 23 بهمن 1395 | امتیاز: Article Rating

سلول های بنیادی جنینی، منبع ایده آلی برای پیش سازهای غضروفی برای ترمیم بافت غضروفی آسیب دیده هستند. در حال حاضر، القای تمایز یکدست و مقیاس پذیر سلول های بنیادی جنینی، یعنی فرایندی که برای سلول درمانی مورد نیاز است،‌مشکل است. این امر تا حدی به این دلیل است که سرنوشت سلول های بنیادی بوسیله برهمکنش های پیچیده با ریزمحیط بومی و ویژگی های مکانیکی ماتریکس خارج سلولی تعیین می شود. به نظر می رسد که پیام رسانی های مکانیکی یکی از فاکتورهای اصلی تنظیم کننده تکثیر و تمایز سلول های غضروفی در آزمایشگاه و در in vivo‌است. ما داربست های پلی دی متیلن سیلوکسان(PDMS) زیست سازگار و الاستیکی را استفاده کردیم که قادر به انتقال سیگنال های مکانیکی از جمله استرس فشاری در آزمایشگاه هستند. سلول های بنیادی جنینی درون داربست های PDMS کشت شدند و در معرض فشار مکانیکی قرار گرفتند که منجر به القای تمایز شد. مشتقات سلول های بنیادی مزانشیمی تمایز یافته در داربست های PDMS سه بعدی، به جای مورفولوژی کلونال سلول های بنیادی مزانشیمی، مورفولوژی تک سلولی کشیده ای را نشان دادند. آن ها مارکر غضروفی Col2 را بیان کردند که با کاهش بیان مارکر پرتوانی Oct4 همراه بود. آنالیزهای ایمنوسیتوشیمی نیز نشان داد که بیان پروتئین COL2 به طور معناداری در سلول های بنیادی جنینی در داربست های سه بعدی که در معرض استرس فشاری قرار گرفتند، بالاتر بود. آنالیزهای بیشتر نشان داد که استرس فشاری نیز منجر به بیان مارکرهای غضروفی اولیه Sox9 و Acan شد اما منجر به بیان مارکرهای غضروفی هایپرتروفیک Runx2، Col10 و Mmp13 نشد. استرس فشاری که تمایز را القا کرد منجر به کاهش بیان بتا کتنین و افزایش در بین ژن های Rhoa، Yap‌و Taz شد که مشخص شد بوسیله پیام رسانی مکانیکی تحت تاثیر قرار می گیرد. نقش القا کننده غضروفی RhoA زمانی که سلول های بنیادی جنینی در داربست های PDMS در معرض استرس فشاری قرار گرفتند و با مهارکننده RhoA به نام CCG-1432 تیمار شدند، بوسیله کاهش بیانش که با کاهش همزمان در بیان رونویسی و ترجمه ای مارکرهای غضروف زایی اولیه SOX9، COL2 و ACAN همراه است، ثابت شد. بر مبنای این مشاهدات، یک مدل برای تمایز غضروفی القا شده بوسیله فشار در سلول های بنیادی جنینی در داربست های سه بعدی پیشنهاد شد.

Tissue Eng Part A. 2017 Jan 19. doi: 10.1089/ten.TEA.2016.0376. [Epub ahead of print]

Compression induced chondrogenic differentiation of embryonic stem cells in 3-D PDMS scaffolds.

McKee C1,2, Hong Y3, Yao D4, Chaudhry GR5,6.

Abstract

Embryonic stem cells (ESCs) are an ideal source for chondrogenic progenitors for the repair of damaged cartilage tissue. It is currently difficult to induce uniform and scalable ESC differentiation in vitro, a process required for stem cell therapy. This is partly because stem cell fate is determined by complex interactions with the native microenvironment and mechanical properties of the extracellular matrix. Mechanical signaling is considered to be one of the major factors regulating the proliferation and differentiation of chondrogenic cells both in vitro and in vivo. We used biocompatible and elastic polydimethylsiloxane (PDMS) scaffolds, capable of transducing mechanical signals including compressive stress in vitro. ESCs seeded into the PDMS scaffolds and subjected to mechanical loading resulted in induction of differentiation. Differentiated ESC derivatives in three-dimensional (3-D) PDMS scaffolds exhibited elongated single cell rather than round clonal ESC morphology. They expressed chondrogenic marker, Col2 with concomitant reduction in the expression of pluripotent marker, Oct4. Immunocytochemical analysis also showed that the expression of COL2 protein was significantly higher in ESCs in 3-D scaffolds subjected to compressive stress. Further analysis showed that compressive stress also resulted in expression of early chondrogenic makers, Sox9 and Acan but not hypertrophic chondrogenic markers, Runx2, Col10, and Mmp13. Compressive stress induced differentiation caused a reduction in the expression of β-Catenin and an increase in the expression of genes, Rhoa, Yap and Taz, which are known to be affected by mechanosignaling. The chondroinductive role of RhoA was confirmed by its downregulation with simultaneous decrease in the transcriptional and translational expression of early chondrogenic markers, SOX9, COL2, and ACAN, when ESCs in PDMS scaffolds were subjected to compressive stress and treated with RhoA inhibitor, CCG-1432. Based on these observations, a model for compression induced chondrogenic differentiation of ESCs in 3-D scaffolds was proposed.

PMID: 28103756
ثبت امتیاز
نظرات
در حال حاضر هیچ نظری ثبت نشده است. شما می توانید اولین نفری باشید که نظر می دهید.
ارسال نظر جدید

تصویر امنیتی
کد امنیتی را وارد نمایید:

آرشیو سالانه
آرشیو سالانه
نظرات خوانندگان
نظرات خوانندگان