تعدیل سفتی هیدروژل های ژلاتین-مت آکریلات فتوپلیمریزه شونده روی تمایز اندوتلیالی سلول های بنیادی مزانشیمی انسانی اثر می گذارد
تاریخ انتشار: جمعه 26 مرداد 1397
| امتیاز:
برای تمایز سلول های بنیادی، ریز محیط می تواند نقش مهمی را بازی کند و هیدروژل ها می توانند ریز محیط سه بعدی(3D) را ارائه کند که اجازه رشد طبیعی سلول ها در شرایط آزمایشگاهی را می دهد. یک چالش این است که تمایز سلول های بنیادی می تواند تحت تاثیر سفتی ماتریکس قرار گیرد یا خیر. ما با استفاده از یک هیدروژل ژلاتین مت آکریلات قابل فتوپلیمریزه شدن(GelMA) و کراس لینک شده بوسیله نور آبی(440 نانومتر)، یک روش با سمیت کم را برای تولید ماتریکس های با سفتی مختلف ایجاد کردیم. سفتی و تخلخل هیدروژل GelMA به آسانی بوسیله تغییر در غلظت آن مدیفه شد. ما سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان انسانی را به عنوان منبع سلولی استفاده کردیم و سلول های کپسول شده درونGelMA را با محیط EGM-2 برای القای تمایز اندوتلیالی کشت دادیم. در سیستم هیدروژل نور آبی GelMAی ما، ما دریافتیم که سلول های بنیادی مزانشیمی می توانند هم به سلول های شبه اندوتلیالی و هم به سلول های شبه استخوانی تمایز یابند. بیان mRNAی مارکرهای سلول های اندوتلیالی CD31، فاکتور وون ویلبراند(vWF)، گیرنده 2 فاکتور رشد اندوتلیالی عروقی(VEGFR2) و CD34 به طور قابل توجهی در هیدروژل های GelMa نرم تر(5/7 درصد و 10 درصد) در مقایسه ماتریکس سفت تر(GelMAی 15 درصد) افزایش یافت. از طرف دیگر، تقویت بیان mRNAی مارکرهای استخوان زایی(ALP، Runx2، استئوکلسین و استئوپونتین) در GelMAی ده درصد بالاتر بود. هم چنین ما دریافتیم که هیدروژل GelMAی 10 درصد شرایط بهینه ای را برای سلول های بنیادی مزانشیمی برای تشکیل ساختارهای شبه مویرگی ارائه می دهد. نتایج نشان می دهد که ویژگی های مکانیکی هیدروژل GelMA می تواند هم تمایز اندوتلیالی و هم استخوانی سلول های بنیادی مزانشیمی و تشکیل شبه مویرگ ها را تحت تاثیر قرار دهد.
J Tissue Eng Regen Med. 2018 Jul 30. doi: 10.1002/term.2745. [Epub ahead of print]
Stiffness Modification of Photopolymerizable Gelatin-Methacrylate Hydrogels Influences Endothelial Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells.
Lin CH1,2, Su JJ1, Lee SY1,3, Lin YM1,3.
Abstract
For stem cell differentiation, the microenvironment can play an important role, and hydrogels can provide a three dimensional (3D) microenvironment to allow native cell growth in vitro. A challenge is that the stem cell's differentiation can be influenced by the matrix stiffness. We demonstrate a low-toxicity method to create different stiffness matrices, by using a photopolymerizable gelatin methacrylate (GelMA) hydrogel crosslinked by blue light (440 nm). The stiffness and porosity of GelMA hydrogel is easily modified by altering its concentration. We used human bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) as a cell source, and cultured the GelMA-encapsulated cells with EGM-2 medium to induce endothelial differentiation. In our GelMA blue light hydrogel system, we found that MSCs can be differentiated into both endothelial-like and osteogenic-like cells. The mRNA expressions of endothelial cell (EC) markers CD31, von Willebrand Factor (vWF), vascular endothelial growth factor receptor-2 (VEGFR2), and CD34 were significantly increased in softer GelMA hydrogels (7.5% and 10%) compared to stiffer matrices (15% GelMA). On the other hand, the enhancements of osteogenic markers mRNA expressions (ALP, Runx2, osteocalcin, and osteopontin) were highest in 10% GelMA. We also found that 10% GelMA hydrogel offered optimal conditions for MSCs to form capillary-like structures. These results suggest that the mechanical properties of the GelMA hydrogel can influence both endothelial and osteogenic differentiation of MSCs and sequent capillary-like formation.
PMID: 30058281