3D生分解性ハイドロゲルを用いたASCとHUVECsの共培養による神経突起の伸長と血管組織化の評価

Evaluation of ASCs and HUVECs Co-cultures in 3D Biodegradable Hydrogels on Neurite Outgrowth and Vascular Organization.

• Luís A Rocha
• Eduardo D Gomes
• João L Afonso
• Sara Granja
• Fatima Baltazar
• Nuno A Silva
• Molly S Shoichet
• Rui A Sousa
• David A Learmonth
• Antonio J Salgado

抄録

脊髄損傷後の血管障害は、脊髄損傷患者が直面する機能回復の予後不良に決定的に寄与している。本研究では、接着モチーフであるGRGDSをグラフトした先に開発されたゲランガムハイドロゲル（GG-RGDS）を用いて、脂肪由来幹細胞（ASC）がヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）の血管組織に影響を与える能力と、それが後根神経節（DRG）の神経突起の伸長にどのように影響を与えるかを理解することを目的とした。私たちのデータは、これらの細胞を一緒に培養することで、DRG上での神経発生の刺激の増加によって示されるような相乗効果につながることを示しています。重要なことは、HUVECはASCの存在下で培養した場合にのみ血管様構造に集合することができたことであり、これは血管環境の再編成におけるこれらの細胞の能力を示している。選択された神経調節分子の分析から、共培養はいくつかの神経栄養因子の分泌を増加させることが示された。一方、ASCおよびASC＋HUVECsは、ここで解析された血管栄養分子の存在に関して同様のプロファイルを示した。最後に、ASCをカプセル化したGG-RGDSハイドロゲルをニワトリ顎動脈膜（CAM）に移植すると、GG-RGDS単独の場合と比較してハイドロゲルへの血管リクルートが増加した。このことから、ASCとGG-RGDSハイドロゲルの組み合わせは、中枢神経系の外傷関連損傷における再血管化を促進し、疾患の進行を抑制し、機能回復を誘導する可能性があることが示唆された。

Vascular disruption following spinal cord injury (SCI) decisively contributes to the poor functional recovery prognosis facing patients with the condition. Using a previously developed gellan gum hydrogel to which the adhesion motif GRGDS was grafted (GG-GRGDS), this work aimed to understand the ability of adipose-derived stem cells (ASCs) to impact vascular organization of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), and how this in turn affects neurite outgrowth of dorsal root ganglia (DRG) explants. Our data shows that culturing these cells together lead to a synergistic effect as showed by increased stimulation of neuritogenesis on DRG. Importantly, HUVECs were only able to assemble into vascular-like structures when cultured in the presence of ASCs, which shows the capacity of these cells in reorganizing the vascular milieu. Analysis of selected neuroregulatory molecules showed that the co-culture upregulated the secretion of several neurotrophic factors. On the other hand, ASCs, and ASCs + HUVECs presented a similar profile regarding the presence of angiotrophic molecules herein analyzed. Finally, the implantation of GG-GRGDS hydrogels encapsulating ASCs in the chick chorioallantoic membrane (CAM) lead to increases in vascular recruitment toward the hydrogels in comparison to GG-GRGDS alone. This indicates that the combination of ASCs with GG-GRGDS hydrogels could promote re-vascularization in trauma-related injuries in the central nervous system and thus control disease progression and induce functional recovery.

Copyright © 2020 Rocha, Gomes, Afonso, Granja, Baltazar, Silva, Shoichet, Sousa, Learmonth and Salgado.