ヒト臍帯間葉系幹細胞の運命を二重酵素的に架橋したゼラチンハイドロゲルで制御することで、神経再生への応用が期待されている。

Control the fate of human umbilical cord mesenchymal stem cells with dual-enzymatically cross-linked gelatin hydrogels for potential applications in nerve regeneration.

• Jinrui Li
• Feng Gao
• Shanshan Ma
• Yanting Zhang
• Junni Zhang
• Fangxia Guan
• Minghao Yao

抄録

幹細胞を用いた治療は、困難な神経疾患を治療するための有望な戦略であるが、その応用は、主に幹細胞の生存率の低さと制御されていない分化によって妨げられている。本研究では、幹細胞を用いた治療法として、幹細胞を用いた治療法を提案しています。本研究では、三次元マトリックス中のヒト臍帯間葉系幹細胞（hUC-MSCs）の生存、増殖、分化を制御するために、二重酵素的に架橋された新しい注入可能なゼラチンハイドロゲルを提案した。この注入可能なゼラチンハイドロゲルは、水素ワサビペルオキシダーゼ(HRP)とコリンオキシダーゼ(ChOx)を触媒としたゼラチン-ヒドロキシフェニル酸抱合体の酸化的カップリングにより形成された。弾性率とH Oの放出はChOx活性によってよく制御される。Calcein-AM/PI染色およびKi67免疫蛍光試験の結果から、HRP ChOxハイドロゲル中では、他のグループに比べて低モジュラスでH O放出が少なく、hUC-MSCsの生存および増殖挙動が高度に増強されていることが示された。興味深いことに、神経細胞特異的マーカーであるβ-IIIチューブリン、ニューロフィラメント軽鎖（NFL）、シナプシン-1の発現もHRP ChOxハイドロゲル中で有意に増加した。また、インビトロでの溶血試験とインビボでのHE染色データは、良好な生体適合性を強調しています。このように、hUC-MSCsの運命を制御する能力を持つこの注射用ゼラチンハイドロゲルは、神経障害治療や神経再生の分野で大きな可能性を秘めていることは間違いありません。

Stem cell-based therapy is a promising strategy to treat challenging neurological diseases, while its application is hindered primarily by the low viability and uncontrolled differentiation of stem cell. Hydrogel can be properly engineered and shared similar characteristics with target tissue, thus promoting cell viability and directing cell differentiation. In this study, we proposed a new dual-enzymatically cross-linked and injectable gelatin hydrogel for regulating survival, proliferation and differentiation of human umbilical cord mesenchymal stem cells (hUC-MSCs) in three-dimensional matrix. This injectable gelatin hydrogel was formed by oxidative coupling of gelatin-hydroxyphenyl acid conjugates catalyzed by hydrogen horseradish peroxidase (HRP) and choline oxidase (ChOx). Modulus and H O release can be well controlled by ChOx activity. Results from Calcein-AM/PI staining and Ki67 immunofluorescence tests demonstrated that the survival and proliferation behavior of hUC-MSCs were highly enhanced in HRP ChOx hydrogel with lower modulus and less H O release compared with other groups. Attractively, the expression of neuron-specific markers β-III tubulin, neurofilament light chain (NFL), and synapsin-1 was significantly increased in HRP ChOx hydrogel as well. Additionally, in vitro hemolysis test and in vivo HE staining data highlighted the good biocompatibility. Undoubtedly, this injectable gelatin hydrogel with ability to control hUC-MSCs fate holds enormous potentials in nervous disorders therapy and nerve regeneration.

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