상처 치유는 일련의 복잡한 신호 이벤트에 의존하는 조직 손상에 대한 반응입니다. 중간엽 줄기세포(MSC), 각질 세포 및 섬유아세포와 같은 세포는 상처 입은 조직을 닫고 복구하는 데 관련된 분자 과정을 조정하여 감염을 방지하고 추가 손상에 대한 취약성을 방지합니다. 연구자들은 MSC의 재생 능력과 다른 조직 회복 세포를 조절하는 신호 분자의 분비로 인해 상처 치유를 위한 잠재적인 치료적 응용에 관심이 있습니다.
다양한 세포 유형 외에도 조직 미세 환경은 상처 치유에 중요한 역할을 합니다. 세포 분화, 생존 가능성 및 노화에 영향을 미치는 다양한 기계적 신호를 제공합니다. 조직 환경의 기계적 특성을 복제하는 것은 기존의 2D 세포 배양에서 상처 치유를 연구하는 데 어려움을 제기합니다. 접시에서 자란 세포는 종종 비정상적으로 단단한 배양 기질, 과밀화 및 지속적인 하위 배양에 노출되는데, 이는 상처 치유의 생물학적 맥락을 반영하지 못하고 조직 재생에 필요한 세포 활동을 방해할 수 있습니다.
최근, 상처 치유를 연구하는 과학자들은 줄기세포의 생존 가능성을 향상시키고 배양에서 세포 분화에 대한 더 나은 통제를 제공하는 조직을 모방하는 3D 공학적 시스템을 조사했습니다. Wind Repair and Regeneration에 발표된 연구에서, 캔자스 대학의 연구원들은 지방에서 유래한 중간엽 줄기 세포(ASC)에 대한 기질 효과를 더 잘 특성화하기 위해 지방 조직과 유사한 3D 하이드로겔 시스템을 개발했습니다. 하이드로겔 시스템은 지방 조직과 유사한 강성을 가진 다공성 3D 배양 기질로 작용하여 과학자들이 기계적 환경이 ASC 노화, 줄기와 같은 특성 및 재생 분자 분비에 어떻게 영향을 미치는지 조사할 수 있었습니다.
연구원들은 기존의 2D 시스템과 3D 하이드로겔을 모두 사용하여 환자로부터 파생된 ASC를 배양했습니다. 2D 배양에서 성장한 ASC에 비해 3D 하이드로겔 시스템에서 성장한 ASC는 세포 노화의 증거가 적고 줄기세포 마커의 발현이 더 높습니다. 이 모델의 다공성 구조 때문에, 연구원들은 또한 조건부 배양 배지에서 ASC 분비 분자를 수집하고 평가할 수 있었습니다. 3D 시스템의 ASC는 단백질, 산화 방지제 및 세포외 소포(EV) 분비 증가를 보였습니다. 게다가, 과학자들이 2D 배양 세포에 조건부 배지를 적용했을 때, 그들은 케라티노사이트와 섬유아세포가 신진대사, 증식, 그리고 이동 활동을 증가시켰다는 것을 관찰했습니다. 2D ASC 배양의 조건부 배지는 또한 이러한 세포의 조직 재생 기능을 증가시켰지만, 연구원들은 3D 배양 조건부 배지가 이러한 효과를 증가시켰다고 언급했습니다.
이러한 연구 결과는 3D 시스템이 MSC 시스템의 내구성과 수명을 향상시킬 수 있다는 이전 연구 결과와 일치합니다. 예를 들어, 과학자들은 어떻게 3D 시스템이 MSC 실행 가능성과 줄기와 같은 특성을 향상시키는지를 증명하기 위해 대규모 생물반응기에서 구형과 유기질 배양물을 배양했습니다. 이 연구에서 하이드로겔 구조는 다공성 구조로 다른 3D 시스템의 몇 가지 한계를 극복했습니다, 그것은 세포들이 하이드로겔 안에서 이동하고 증식하도록 허용했고 연구원들이 ASC에 의해 분비된 분자들을 쉽게 모을 수 있게 했습니다. 시스템의 단순성은 또한 현재의 복잡한 문화 방법에 대한 대안을 제공합니다. 연구에 참여하지 않은 피츠버그 대학의 성형외과 및 생명공학과 케이시 마라 교수는 "구형체와 비교하면 3D 문화가 더 단순하고 과거에 사용했던 복잡한 생체 반응체보다 더 간단합니다."라고 말했습니다. "만약 그것이 더 많은 수의 줄기세포와 그에 따라 더 많은 수의 세포를 얻는 더 간단한 절차라면, 그것은 좋은 기여입니다."
이 개념 증명 연구에는 연구자들이 시스템에서 포착한 세포 외 소포에 대한 심층적인 조사와 가능한 환자 특정 효과를 검사하기 위해 둘 이상의 ASC 기증자 소스를 넘어 이 모델을 확장하는 것을 포함한 많은 미래의 방법이 있습니다. 연구원들은 또한 이러한 발견이 상처 치료에서 MSC의 잠재력을 활용하는 조직 모방 3D 배양 시스템의 미래 설계를 위한 템플릿을 제공하기를 희망합니다.
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