ヒト胚性幹細胞由来の筋原性前駆細胞から設計された骨格筋構築物は、EGM-2サプリメントを含む培地中で分化したときに拡張された収縮力を展示しています

Skeletal Muscle Constructs Engineered from Human Embryonic Stem Cell Derived Myogenic Progenitors Exhibit Enhanced Contractile Forces When Differentiated in a Medium Containing EGM-2 Supplements.

• Bin Xu
• Mengen Zhang
• Rita C R Perlingeiro
• Wei Shen

抄録

ヒト多能性幹細胞（hPSCs）由来の筋原性前駆細胞から工学的に設計された三次元（3D）骨格筋構築物は、幅広い応用範囲を持っているが、これまでに、そのような構築物は、成人ヒトの筋肉よりも低い比翼力を生成します。これらの構築物の機能的な筋分化と力の発生を促進する方法が強く望まれている。本研究の知見は、筋原性分化培地に内皮細胞増殖培地-2（EGM-2）のサプリメントを添加することで、実質的に収縮力の発生を高めることができることである。4週間分化した構築物については、最初の2週間でEGM-2のサプリメントを添加すると、それぞれ10倍と7倍のtwitchと破傷力の増加につながる。これらの構築物によって生成された比テタニック力は、以前に報告されているよりも有意に高い33 mN mmである。これらの構築物は、細胞のより成熟した分化段階では、より大きな収縮力の生成の下にあることを示唆している、すべての骨格筋特異的ミオシン重鎖アイソフォームのためのより広い筋管とより高い遺伝子発現レベルを示しています。4週間のためにこれらのサプリメントにさらされた構築物は、長期的な治療は有益ではないことを示唆し、高い収縮力として生成されません。これらの結果は、EGM-2サプリメントとの一時的な条件付けは、hPSC由来の骨格筋構築物の機能開発を支援することを示唆している。

Three-dimensional (3D) skeletal muscle constructs engineered from myogenic progenitors derived from human pluripotent stem cells (hPSCs) have a wide range of applications, but to date, such constructs generate lower specific tetanic force than adult human muscles. Methods enhancing functional muscle differentiation and force generation of these constructs are highly desirable. The finding of this study is that addition of the supplements in the endothelial cell growth medium-2 (EGM-2) to the myogenic differentiation medium can substantially enhance contractile force generation. For constructs differentiated for 4 weeks, addition of the EGM-2 supplements in the first 2 weeks leads to tenfold and sevenfold increases in twitch and tetanic forces, respectively. The specific tetanic force generated by these constructs is 33 mN mm , which is significantly higher than previously reported. These constructs show wider myotubes and higher gene expression levels for all skeletal muscle-specific myosin heavy chain isoforms, suggesting that a more mature differentiation stage of the cells underlies the greater contractile force generation. The constructs exposed to these supplements for 4 weeks do not generate as high contractile forces, suggesting that prolonged treatment is not beneficial. These results suggest that temporal conditioning with the EGM-2 supplements assists functional development of hPSC-derived skeletal muscle constructs.

© 2019 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.