Adv. Funct. Mater.：熱敏、可拉伸和壓電基材用于人間充質干細胞使骨骼肌再生
【背景介紹】
肌肉萎縮是與衰老相關的骨骼肌疾病，是骨骼肌質量和強度的退化性衰退引起的。這種疾病導致嚴重的社會問題，并導致生活質量下降。據估計，60-70歲的人中有5-13％，80歲以上的人中有11-50％受到肌肉萎縮的影響。該疾病可以通過運動或營養物質，化學藥物或激素進行治療。但是，這種疾病仍然很難得到徹底治愈，也沒有公認的治療藥物。
【成果簡介】
近日，首爾大學Tae Il Lee、Byung-Soo Kim（共同通訊）等人開發出能夠模擬體內微環境并體積培養細胞刺激的細胞培養體系，并且測試了刺激是否能夠促進人臍帶間充質干細胞（hUCBMSCs）的肌原性分化。熱敏，可拉伸和壓電基板（TSPS）通過聚二甲基硅氧烷旋涂法制備出均勻的ZnO納米棒，然后在聚二甲基硅氧烷表面進行聚（N-異丙基丙烯酰胺）移植。通過對TSPS進行循環拉伸和彎曲，為在TSPS上培養的hUCBMSCs提供脈沖機械電信號，從而顯著促進hUCBMSCs的肌原性分化以及與分化相關的細胞內信號傳導。 體外分化后，細胞以細胞片段的形式從TSPS分離。與注射未分化細胞或分化的解離細胞相比，將分化細胞的細胞片段注射到損傷的小鼠骨骼肌中表現出改善的細胞滯留和肌肉再生。相關成果以題為“Thermosensitive, Stretchable, and Piezoelectric Substrate for Generation of Myogenic Cell Sheet Fragments from Human Mesenchymal Stem Cells for Skeletal Muscle Regeneration”發表在了Advanced Functional Materials上。
【圖文導讀】
圖1 使用TSPS肌原性分化hUCBMSCs的示意圖
A）在天然骨骼肌微環境中的機械和電刺激
B）定制設計的細胞培養室，為TSPS上培養的hUCBMSCs提供機械和電刺激，用于肌原性分化
圖2 TSPS的制造和壓電特性
A）單晶ZnO NR
B）單向排列的ZnO NR的單層
C）由COMSOL Multiphysics計算的由三層ZnO NR組成的TSPS中的壓電電勢分布
D）TSPS在重復彎曲下產生的壓電電勢
圖3 由壓電電位引起的細胞膜電位變化的模擬
A）從TSPS表面施加的模擬半電勢作為時間的函數
B）電勢轉移模型到細胞膜的幾何形狀
C）在0.8秒和2.4秒計算的電勢分布
D）A-A'線在一段時間內的電勢分布
圖4 TSPS的熱敏性
A）通過X射線光電子能譜分析PDMS，pGMA-PDMS和pNIPAAm-pGMA-PDMS表面的化學組成和原子比
B）TSPS在25℃和37℃的接觸角
C）在4℃PBS中冷卻TSPS 10分鐘后從TSPS中分離細胞
【小結】
為了設計用于骨骼肌再生的干細胞療法，該團隊開發了一種簡單的細胞培養方法，用于從hUCBMSC產生肌原細胞分化的細胞片段。基于此培養方法成功地模仿了原生骨骼肌組織的電和機械微環境，并促進了hUCBMSCs的肌原性分化。該培養體系可用于改善干細胞對肌肉疾病的治療效果，并研究干細胞的電和機械調節。
文獻鏈接：Thermosensitive, Stretchable, and Piezoelectric Substrate for Generation of Myogenic Cell Sheet Fragments from Human Mesenchymal Stem Cells for Skeletal Muscle Regeneration（Adv.Funct.Mater,2017,DOI:
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