三次元培養によりヒト歯髄間葉系幹細胞のインスリン産生細胞への分化が促進され、糖尿病治療の改善が期待される

Three-Dimensional Culture Promotes the Differentiation of Human Dental Pulp Mesenchymal Stem Cells Into Insulin-Producing Cells for Improving the Diabetes Therapy.

• Bingbing Xu
• Daoyang Fan
• Yunshan Zhao
• Jing Li
• Zhendong Wang
• Jianhua Wang
• Xiuwei Wang
• Zhen Guan
• Bo Niu

抄録

序論:

糖尿病は、発症率が高く、人の健康に深刻な害を及ぼす代謝性疾患である。1型糖尿病や2型糖尿病の後期には膵島β細胞の機能障害が生じることがあります。幹細胞は、バイオエンジニアリング再生医療における有望な新しいアプローチであることが研究により示されています。幹細胞の分化の研究では、３次元（３Ｄ）細胞培養は、２次元（２Ｄ）細胞培養よりも細胞増殖の微小環境を模倣することができる。細胞と細胞、細胞と細胞外マトリックスの自然な接触により、発生過程を調節し、人工的な再生器官や組織の形成を促進することができる。膵島の細胞外マトリックス成分としては、IV型、VI型コラーゲン、ラミニンが最も豊富に含まれている。ラミニンとIV型コラーゲンを豊富に含む基底膜マトリックス生体材料であるマトリゲル

Introduction: Diabetes is a metabolic disease with a high incidence and serious harm to human health. Islet β-cell function defects can occur in the late stage of type 1 diabetes and type 2 diabetes. Studies have shown that stem cell is a promising new approach in bioengineering regenerative medicine. In the study of stem cell differentiation, three-dimensional (3D) cell culture is more capable of mimicking the microenvironment of cell growth than two-dimensional (2D) cell culture. The natural contact between cells and cells, and cells and extracellular matrix can regulate the development process and promote the formation of the artificial regenerative organs and organization. Type IV, VI collagen and laminin are the most abundant extracellular matrix components in islets. Matrigel, a basement membrane matrix biomaterial rich in laminin and collagen IV.

材料と方法:

我々は、ヒト歯髄幹細胞（hDPSCs）を物理的に埋め込むためにMatrigelバイオマテリアルを用いてベクターと3次元培養条件を提供し、2次元または3次元培養条件でhDPSCsをインスリン産生細胞（IPC）に分化させるための調製方法と予備的なメカニズムを探索し、比較検討した。アクチビンA、ノギン、低分子化合物を用いて、二次元培養条件下でhDPSCsを最終的な内胚葉様細胞、膵臓前駆細胞様細胞、IPCへと段階的に分化させることに相乗的に成功しました。その後、Matrigelを用いて微小環境をシミュレートし、hDPSCsをMatrigel中でIPCsに分化誘導し、2D培養条件と3D培養条件の間の効率を評価し、比較した。

Materials and Methods: We used Matrigel biomaterial to physically embed human dental pulp stem cells (hDPSCs) to provide vector and 3D culture conditions for cells, and we explored and compared the preparation methods and preliminary mechanisms of differentiation of hDPSCs into insulin-producing cells (IPCs) under 2D or 3D culture conditions.We first designed and screened the strategy by mimicking the critical events of pancreatogenesis , and succeeded in establishing a new method for obtaining IPCs from hDPSCs. Activin A, Noggin, and small molecule compounds were used to synergistically induce hDPSCs to differentiate into definitive endoderm-like cells, pancreatic progenitor like cells and IPCs step by step under 2D culture conditions. Then, we used Matrigel to simulate the microenvironment , induced hDPSCs to differentiate into IPCs in Matrigel, evaluated and compared the efficiency between 2D and 3D culture conditions.

結果:

成長因子や低分子化合物と三次元培養の相乗効果により、hDPSCのIPCへの分化が促進され、IPCからのインスリンとC-ペプチドの放出が有意に促進されることが示された。

Results: The results showed that the synergistic combination of growth factors and small molecule compounds and 3D culture promoted the differentiation of hDPSCs into IPCs, significantly enhancing the release of insulin and C-peptide from IPCs.

議論:

再生医療における疾患モデル化や最終的な細胞治療のための機能性IPCを大量に取得するために、大幅な支援が行われています。

Discussion: Significant support is provided for obtaining a large number of functional IPCs for disease modeling and final cell therapy in regenerative medicine.

Copyright © 2020 Xu, Fan, Zhao, Li, Wang, Wang, Wang, Guan and Niu.