Оптимізація умов формування 3D-агрегатів для експансії та кардіоміогенного диференціювання індукованих плюрипотентних стовбурових клітин миші
DOI:
https://doi.org/10.18523/2617-4529.2026.9.80-88Ключові слова:
іПСК, 3D-культура, клітинні агрегати, діаметр агрегатів, кардіоміоцити, диференціюванняАнотація
Контроль фізичних параметрів 3D-агрегатів індукованих плюрипотентних стовбурових клітин (іПСК), зокрема їхнього діаметра, є важливим фактором оптимізації процесів експансії та спрямованого диференціювання. У цій роботі досліджено вплив початкової щільності посіву клітин на формування агрегатів, їхній діаметр, морфологію, життєздатність та ефективність диференціювання в кардіоміоцити.
Показано наявність прямої залежності між початковою кількістю клітин та діаметром агрегатів, а також встановлено, що агрегати середнього розміру мають найбільш сприятливі біологічні властивості. Агрегати, сформовані з 500 клітин, мали оптимальний діаметр, високу однорідність та забезпечували найвищу ефективність кардіоміогенної диференціації. Менші агрегати мали недостатню ефективність диференціювання, тоді як більші агрегати демонстрували ознаки зниження життєздатності, що може бути пов’язано з обмеженням дифузії кисню та поживних речовин.
Отримані результати свідчать, що агрегати з діаметром у межах приблизно 150–300 мкм забезпечують оптимальні умови для міжклітинної сигналізації. Отже, контроль діаметра агрегатів є критично важливим параметром для підвищення ефективності диференціювання іПСК у кардіоміоцити та стандартизації 3D-культур.
Посилання
- Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 2006;126(4):663-76. doi: 10.1016/j.cell.2006.07.024
- Yu J, Vodyanik MA, Smuga-Otto K, Antosiewicz-Bourget J, Frane JL, Tian S, et al. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science. 2007;318(5858):1917-20. doi: 10.1126/science.1151526
- Aijaz A, Li M, Smith D, Khong D, LeBlon C, Fenton OS, et al. Bioprocessing strategies for stem cell-based therapeutics. Curr Opin Biomed Eng. 2018;10:74-81. doi: 10.1016/j.cobme.2018.11.001
- Edmondson R, Broglie JJ, Adcock AF, Yang L. Three-dimensional cell culture systems and their applications in drug discovery and cell-based biosensors. Assay Drug Dev Technol. 2014;12(4):207-18. doi: 10.1089/adt.2014.573
- Ravi M, Paramesh V, Kaviya SR, Anuradha E, Solomon FD. 3D cell culture systems: advantages and applications. J Cell Physiol. 2015;230(1):16-26. doi: 10.1002/jcp.24683
- Zuppinger C. 3D cardiac cell culture: a critical review of current technologies and applications. Front Cardiovasc Med. 2019;6:87. doi: 10.3389/fcvm.2019.00087
- Sart S, Tomasi RF, Amselem G, Baroud CN. Multiscale cytometry and regulation of 3D cell cultures. Biotechnol Adv. 2017;35(1):47-62. doi: 10.1016/j.biotechadv.2016.11.006
- Kinney MA, Hookway TA, Wang Y, McDevitt TC. Engineering three-dimensional stem cell morphogenesis for the development of tissue models and scalable regenerative therapeutics. Stem Cell Res. 2016;16(2):341-52. doi: 10.1016/j.scr.2016.01.013
- Correia C, Serra M, Espinha N, Sousa M, Brito C, Burkert K, et al. Combining hypoxia and 3D culture improves the therapeutic potential of human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. Stem Cell Rev Rep. 2018;14(6):847-59. doi: 10.1007/s12015-018-9845-z
- Van Winkle AP, Gates ID, Kallos MS. Mass transfer limitations in embryoid bodies during human embryonic stem cell differentiation. Tissue Eng Part A. 2012;18(7-8):807-16. doi: 10.1089/ten.TEA.2011.0397
- Bauwens CL, Peerani R, Niebruegge S, Woodhouse KA, Kumacheva E, Husain M, et al. Control of human embryonic stem cell colony and aggregate size heterogeneity influences differentiation trajectories. Stem Cells. 2008;26(9):2300-2310. doi: 10.1634/stemcells.2008-0293
- Branco MC, Poch CM, Figueiredo LM. Impact of embryoid body size on pluripotent stem cell differentiation. Biotechnol Bioeng. 2020;117(4):1212-22. doi: 10.1002/bit.27279
- Ungrin MD, Joshi C, Nica A, Bauwens C, Zandstra PW. Reproducible ultra-high throughput formation of multicellular aggregates from human pluripotent stem cells. Methods. 2018;101:11-20. doi: 10.1016/j.ymeth.2015.11.010
- Jiang X, Lian X, Wei K, et al. Maturation of pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes: challenges and strategies. Stem Cell Res Ther. 2024;15:354. doi: 10.1186/s13287-024-03961-4
- Nguyen DHT, Stapleton SC, Yang MT, Cha SS, Choi CK, Galie PA, et al. Biomimetic model to reconstitute angiogenic sprouting morphogenesis in vitro. J Vis Exp. 2016;(115):54308. doi: 10.3791/54308
- STEMCELL Technologies. AggreWell™400/800 microwell plates for standardized spheroid formation. Vancouver: STEMCELL Technologies; 2021.
- Kempf H, Andree B, Zweigerdt R. Scalable suspension culture of human pluripotent stem cells. Stem Cell Res. 2015;14(3):353-61. doi: 10.1016/j.scr.2015.02.001
- Hookway TA, Butts JC, Lee E, Tang H, McDevitt TC. Aggregate formation and suspension culture of human pluripotent stem cells and differentiated progeny. Stem Cell Res. 2016;17(3):581-9. doi: 10.1016/j.scr.2016.09.010
- Serra M, Brito C, Correia C, Alves PM. Process engineering of human pluripotent stem cells for clinical application. Trends Biotechnol. 2012;30(6):350-9. doi: 10.1016/j.tibtech.2012.03.003
- Hwang YS, Chung BG, Ortmann D, Hattori N, Moeller HC, Khademhosseini A. Microwell-mediated control of embryoid body size regulates embryonic stem cell fate. Biomaterials. 2009;30(27):499-507. doi: 10.1016/j.biomaterials.2009.04.026
- Kropp C, Kempf H, Halloin C, Robles-Diaz D, Franke A, Scheper T, et al. Impact of feeding strategies on scalable expansion of human pluripotent stem cells. Trends Biotechnol. 2017;35(6):514-27. doi: 10.1016/j.tibtech.2017.01.001
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 G. Budash, D. Bilko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
а) Автори зберігають за собою авторські права на твір на умовах ліцензії CC BY 4.0 Creative Commons Attribution International License, котра дозволяє іншим особам вільно поширювати (копіювати і розповсюджувати матеріал у будь-якому вигляді чи форматі) та змінювати (міксувати, трансформувати, і брати матеріал за основу для будь-яких цілей, навіть комерційних) опублікований твір на умовах зазначення авторства.
б) Журнал дозволяє автору (авторам) зберігати авторські права без обмежень.
в) Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо поширення твору (наприклад, розміщувати роботу в електронному репозитарії), за умови збереження посилання на його першу публікацію. (Див. Політика Самоархівування)
г) Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у репозитаріях) тексту статті, як до подання його до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
