幹細胞増幅と組織工学のための"オールインワン"ゲルシステム

"All-in-One" Gel System for Whole Procedure of Stem-Cell Amplification and Tissue Engineering.

• Qiulin He
• Youguo Liao
• Jingwei Zhang
• Xudong Yao
• Wenyan Zhou
• Yi Hong
• Hongwei Ouyang

抄録

マイクロスフィア(MS)をベースとしたシステムは、その高い表面積対体積比とバイオミメティックな環境により、細胞の増殖や移植に大きなメリットをもたらします。しかし、細胞の付着、増殖、通過、収穫、凍結保存、組織工学を一体化したシステムはまだ実現されていません。ヒト脂肪由来間葉系幹細胞（hADSCs）を対象としたオールインワンゲルMSベースのシステムを構築し、増殖効率を高めた本格的な3次元培養と簡便な連続培養操作を実現し、均一な細胞分布と特異的な機能を持つマクロ組織の構築を実現します。ゲルMSを効率的に作製するために、3Dデジタル光処理技術を開発しました。印刷されたゲルMSは、表面の粗い構造と軟組織の機械的特性を備えた適切な環境を提供し、高い細胞生存率、付着、増殖、活性、分化の可能性をもたらします。さらに、細胞の通過、剥離、および凍結保存を含む便利な標準的な操作手順は、ゲルMS上での細胞培養のために確立されています。最後に、hADSC を担持したゲル MS は、ボトムアップアプローチによりマクロ組織を形成し、組織工学への応用が可能であることを示した。これらの知見は、「オールインワン」幹細胞培養・組織工学システムの実現可能性と美しさを示している。

Microsphere (MS)-based systems provides great advantages for cell expansion and transplantation due to their high surface-to-volume ratio and biomimetic environment. However, a MS-based system that includes cell attachment, proliferation, passage, harvest, cryopreservation, and tissue engineering together has not been realized yet. An "all-in-one" gel MS-based system is established for human adipose-derived mesenchymal stem cells (hADSCs), realizing real 3D culture with enhanced expansion efficiency and simplified serial cell culture operations, and construction of macrotissues with uniform cell distribution and specific function. A 3D digital light-processing technology is developed to fabricate gel MSs in an effective way. The printed MSs present a suitable environment with rough surface architecture and the mechanical properties of soft tissues, leading to high cell viability, attachment, proliferation, activity, and differentiation potential. Further, convenient standard operation procedures, including cell passage, detachment, and cryopreservation, are established for cell culture on the gel MSs. Finally, hADSCs-loaded gel MSs form macrotissues through a "bottom-up" approach, which demonstrates the potential applications for tissue engineering. These findings exhibit the feasibility and beauty of "all-in-one" stem cell culture and tissue engineering system.

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