تاثير سفتي بستر كشت بر رفتار مكانيكي سلول‌هاي بنيادي مزانشيمال حين تمايز به سلول‌هاي ماهيچه‌اي عضله صاف

Substrate stiffness effect on mechanical behavior of mesenchymal stem cells during differentiation to smooth muscle cells

سابقه و هدف: سلول‌هاي بنيادي مزانشيمال مغز استخوان (hMSCs) توانمندي قابل توجهي در پزشكي باز توليد به خصوص مهندسي بافت عروق دارد. خواص مكانيكي داربست كشت سلولي به عنوان يك محيط مكانيكي در فعاليت‌هاي فيزيولوژيك سلول از جمله تكثير، تمايز و توسعه ساختار اسكلتي سلول تاثير‌گذار بوده و در كارامدي سلول مهندسي شده در خارج از بدن موثر است. مواد و روش‌ها: در اين تحقيق hMSCها در گروه‌هاي كنترل و القاي تمايز با فاكتور رشد در دو گروه با بسترهايي با سفتي‌هاي مختلف كشت داده شده و با روش آزمون مكش ميكروپيپت رفتار مكانيكي آن‌ها (مدول الاستيك موثر (E) و تمايل به خزش ويسكوالاستيك) حين تمايز به سلول‌هاي عضله صاف اندازه‌گيري شد. يافته‌ها: در مقايسه با گروه كنترل، در گروه القاي تمايز براي هر دو بستر شاهد كاهش قابل توجه آماري در ميزان E هستيم در حالي كه تمايل به خزش سلول‌ها افزايش چشمگيري داشت. با افزايش زمان كشت تا چهار و شش روز، مقادير E سلول‌ها در گروه‌هاي القاي تمايز در مقايسه با گروه‌هاي كنترل متناظر افزايش قابل توجه آماري داشته در حالي كه تمايل به خزش كاهش پيدا كرده است. ميزان افزايش يا كاهش تمايل به خزش با سفتي بستر ارتباط دارد به گونه‌اي كه سلول‌هاي كشت داده شده بر بستر سفت‌تر تمايل كم‌تري به خزش ويسكوالاستيك دارند. نتيجه‌گيري: نتايج اين تحقيق زمينه مناسبي در حوزه مهندسي بافت سلول‌هاي بنيادي جهت بهينه‌سازي شرايط كشت و استفاده موثر از محرك‌هاي فيزيكي خارجي (شامل خواص مكانيكي بستر كشت) در كنترل فرايند تمايز و توليد سلول‌هاي مهندسي شده كارآمد فراهم مي‌كند

Introduction: Human mesenchymal stem cells (hMSCs) have shown a great potential in the field of regenerative medicine as well as vascular tissue engineering. Mechanical properties of the cell substrate provides an environment that influences physiological activity of cells such as proliferation, differentiation and cell cytoskeleton developments and consequently modulates functionality of in vitro engineered cells. Materials and Methods: hMSCs were cultured under two groups of control and growth factor-induced differentiation within two types of substrates with different stiffness. We used Micropipette aspiration technique to evaluate mechanical behavior of cultured cells (effective Young’s modulus (E) and creep compliance value) during their differentiation into smooth muscle cells phenotype. Results: hMSC with growth factor-induced differentiation showed significant decrease in E value in relation to both substrates in compare to control group, within 2 days of cell culture, whereas the creep compliance of these cells sharply increased. Consequently, by increasing the cultivation time to 4 to 6 days, the E values of induced-differentiation cells significantly increased in compare to control samples, with a decrease in the creep compliance of these cells. Furthermore, the state of increase or decrease in creep compliance was depended on substrate stiffness in which the cells were seeded on. Cells cultured on soft substrates showed high tendency for preserving their viscoelastic properties. Discussion: Our results provides groundwork for stem cell-based tissue engineering in order to optimize culture conditions due to effective usage of external physical cues as well as substrate properties as the regulatory mechanisms of differentiation to functional target cells.