view in publisher's site

High-efficiency matrix modulus-induced cardiac differentiation of human mesenchymal stem cells inside a thermosensitive hydrogel

Mesenchymal stem cells (MSCs) experience an extremely low rate of cardiac differentiation after transplantation into infarcted hearts, in part due to the inability of stiff scar tissue to support differentiation. We hypothesized that delivering MSCs in a hydrogel with a modulus matched to that of native heart tissue should stimulate MSC differentiation into cardiac cells. We have developed a thermosensitive and injectable hydrogel suitable for the delivery of cells into the heart, and found that the appropriate gel modulus can differentiate MSCs into cardiac cells with high efficiency. The hydrogel was based on N-isopropylacrylamide, N-acryloxysuccinimide, acrylic acid and poly(trimethylene carbonate)-hydroxyethyl methacrylate. The hydrogel solution can be readily injected through needles commonly used for heart injection, and is capable of gelling within 7 s at 37 °C. The formed gels were highly flexible, with breaking strains (>300%) higher than that of native heart tissue and moduli within the range of native heart tissue (1–140 kPa). Controlling the concentration of the hydrogel solution resulted in hydrogels with three different moduli: 16, 45 and 65 kPa. The moduli were decoupled from the gel water content and oxygen diffusion, parameters that can also influence cell differentiation. MSCs survived in the hydrogels throughout the entire culture period, and it was observed that gel stiffness did not affect cell survival. After 14 days of culture, more than 76% of MSCs had differentiated into cardiac cells in the 45 and 65 kPa gels, as confirmed by the expression of cardiac markers at both the gene and protein levels. MSCs in the hydrogel with the 65 kPa modulus had the highest differentiation efficiency. The differentiated cells also developed calcium channels that imparted an electrophysiological property, and gap junctions for cell–cell communication. The efficiency of differentiation reported in this study was much higher than for the differentiation approaches described in the literature, such as chemical induction and co-culture of MSCs and cardiomyocytes. These results indicate that the novel hydrogel holds great promise for delivering MSCs into an infarcted heart for the generation of new heart tissue.

مقاومت بالا - کارایی سلول بنیادی مزانشیمی در سلول‌های بنیادی مزانشیمی در سلول‌های بنیادی سلول‌های بنیادی مزانشیمی در سلول‌های thermosensitive

سلول‌های بنیادی mesenchymal (MSCs)نرخ بسیار پایینی تمایز قلبی را پس از پیوند به قلب infarcted تجربه می‌کنند که به دلیل ناتوانی بافت زخم سفت برای حمایت از تمایز است. ما فرض کردیم که انتقال MSCs در محلول پلیمری با مدول منطبق با بافت قلب بومی باید تمایز MSC را به سلول‌های قلبی تحریک کند. ما یک hydrogel thermosensitive و تزریقی برای تحویل سلول‌ها به قلب ایجاد کردیم و دریافتند که مدول مناسب ژل می‌تواند MSCs را به سلول‌های قلبی با کارایی بالا تقسیم کند. محصول جانبی محصول مبتنی بر N - isopropylacrylamide، N - acryloxysuccinimide، acrylic اسید و پلی (trimethylene کربنات)- hydroxyethyl methacrylate است. محلول پلیمری می‌تواند به راحتی از طریق سوزن‌های که معمولا برای تزریق قلب به کار می‌رود تزریق شود و در عرض ۷ ثانیه در دمای ۳۷ درجه سانتی گراد تولید می‌شود. ژل شکل‌گرفته به شدت انعطاف‌پذیر بود و با شکستن strains (> ۳۰۰ %)بالاتر از سلول‌های قلب بومی و مدول در محدوده بافت قلب بومی (حدود ۱۴۰ - ۱۴۰ کیلو پاسکال)بود. کنترل غلظت محلول پلیمری منجر به ایجاد سازگاری با سه مدول مختلف شد: ۱۶، ۴۵ و ۶۵ کیلوپاسکال. مدول الاستیک از محتوای آب ژل و انتشار اکسیژن تشکیل‌شده، پارامترهایی که می‌توانند تمایز سلول‌ها را نیز تحت‌تاثیر قرار دهند. MSCs در طی دوره زمانی کل کشت سالم ماند و مشاهده شد که سفتی ژل بر بقای سلول تاثیر نمی‌گذارد. پس از ۱۴ روز کشت، بیش از ۷۶ درصد از MSCs در سلول‌های قلبی در ۴۵ و ۶۵ کیلو پاسکال متمایز شدند، که با بیان مارکرهای قلبی در هر دو سطح ژن و پروتیین تایید شدند. MSCs در محلول پلیمری با مدول ۶۵ کیلوپاسکال بیش‌ترین کارایی را داشت. سلول‌های تفریق شده نیز کانال‌های کلسیم ایجاد کردند که ویژگی electrophysiological را نشان می‌دادند و اتصال شکاف برای ارتباط سلول - سلول را نشان می‌دادند. کارایی تمایز گزارش‌شده در این مطالعه بسیار بیشتر از روش‌های تمایز توصیف‌شده در مقالات، مانند القا شیمیایی و فرهنگ مشترک کاردیومیوسیت ها و کاردیومیوسیت ها بود. این نتایج حاکی از آن است که محصول جدید hydrogel نوید بزرگی برای تحویل MSCs به قلب infarcted برای ایجاد بافت قلب جدید است.
ترجمه شده با

سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.