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ヒト誘発性多能性幹細胞由来心筋細胞（HIPSC-CMS）の開発は、細胞療法、疾患モデリング、および薬物スクリーニングの応用に大きな進歩をもたらします。ただし、現在の分化プロトコルは、心臓ニッチの生物物理学的および生化学的特性を模倣するのに非効率的です。したがって、未熟な心筋細胞はしばしば生成されます。この研究では、HIPSC-CMSは、単層二項コロイド結晶（BCC）と呼ばれる新しい基質ファミリーで生成されました。4つのBCCを異なるサイズ（2または5または0.4または0.2μM）と材料[SIまたはポリスチレン（PS）またはポリ（メチルメタクリレート）]で製造し、2PS、5PS、2pm、および5pmと略されました。BCCには、in vitroの微小環境の重要なモジュレーターである複雑な表面微小/ナノトポグラと異種化学物質があります。結果は、HIPSCがPMおよび平らな表面と比較してPM表面に強力な多能マーカー（OCT4、NANOG、およびSOX2）を備えた接着スフェロイドを形成したことを示しました。30日間の分化後、PM表面のhipsc-CMSは、筋原線維の超微細構造、Ca2+ハンドリング、および電気生理学的特性を著しく改善し、より成熟したhipsc-CMが生成されたことを示しました。午後5時に生成されたHIPSC-CMSは、遺伝子の観点から他の表面と比較して成人の心臓組織に類似しています（Actc1、Tnnt2、Ryr2、Serca2a、Scn5a、Kcnj2、Cacna1c、Itgb1、Gja1、MyH6、およびMyH7）およびProtin（SstniおよびProteinctni）式。さらに、5pmの表面は、心臓分化中にカドヘリンスイッチング（E-からN-まで）を促進し、心臓病原体マーカー（GATA4、MEF2C、およびNKX2.5）と正の相関があることを実証しました。この研究は、カスタマイズされた表面ナノトポグラフィがHIPSC培養およびその場での心臓分化に有益であることを明らかにしました。このワンステップアプローチとBCCSは、HIPSC拡張とCM分化のための次世代ツールになります。
ヒト誘発性多能性幹細胞由来心筋細胞（HIPSC-CMS）の開発は、細胞療法、疾患モデリング、および薬物スクリーニングの応用に大きな進歩をもたらします。ただし、現在の分化プロトコルは、心臓ニッチの生物物理学的および生化学的特性を模倣するのに非効率的です。したがって、未熟な心筋細胞はしばしば生成されます。この研究では、HIPSC-CMSは、単層二項コロイド結晶（BCC）と呼ばれる新しい基質ファミリーで生成されました。4つのBCCを異なるサイズ（2または5または0.4または0.2μM）と材料[SIまたはポリスチレン（PS）またはポリ（メチルメタクリレート）]で製造し、2PS、5PS、2pm、および5pmと略されました。BCCには、in vitroの微小環境の重要なモジュレーターである複雑な表面微小/ナノトポグラと異種化学物質があります。結果は、HIPSCがPMおよび平らな表面と比較してPM表面に強力な多能マーカー（OCT4、NANOG、およびSOX2）を備えた接着スフェロイドを形成したことを示しました。30日間の分化後、PM表面のhipsc-CMSは、筋原線維の超微細構造、Ca2+ハンドリング、および電気生理学的特性を著しく改善し、より成熟したhipsc-CMが生成されたことを示しました。午後5時に生成されたHIPSC-CMSは、遺伝子の観点から他の表面と比較して成人の心臓組織に類似しています（Actc1、Tnnt2、Ryr2、Serca2a、Scn5a、Kcnj2、Cacna1c、Itgb1、Gja1、MyH6、およびMyH7）およびProtin（SstniおよびProteinctni）式。さらに、5pmの表面は、心臓分化中にカドヘリンスイッチング（E-からN-まで）を促進し、心臓病原体マーカー（GATA4、MEF2C、およびNKX2.5）と正の相関があることを実証しました。この研究は、カスタマイズされた表面ナノトポグラフィがHIPSC培養およびその場での心臓分化に有益であることを明らかにしました。このワンステップアプローチとBCCSは、HIPSC拡張とCM分化のための次世代ツールになります。
The development of human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) provides significant advances to cell therapy, disease modeling, and drug screening applications. However, the current differentiation protocol is inefficient in mimicking biophysical and biochemical characteristics of cardiac niche. Hence, immature cardiomyocytes are often generated. In this study, hiPSC-CMs were generated on a new family of substrates called monolayer binary colloidal crystals (BCCs). Four BCCs were fabricated with different sizes (2 or 5 or 0.4 or 0.2 μm) and materials [Si or polystyrene (PS) or poly(methyl methacrylate)] abbreviated as 2PS, 5PS, 2PM, and 5PM. BCCs have complex surface micro-/nanotopographies and heterogeneous chemistries which are important modulators in microenvironments in vitro. The results showed that hiPSCs formed adhered spheroids with strong pluripotent markers ( Oct4, Nanog, and Sox2) on PM surfaces compared to PS and flat surfaces. After 30-day differentiation, hiPSC-CMs on PM surfaces showed markedly improved myofibril ultrastructures, Ca2+ handling, and electrophysiological properties, indicating that more mature hiPSC-CMs were generated. hiPSC-CMs generated on 5PM are more similar to adult heart tissue compared to other surfaces in terms of genes ( ACTC1, TNNT2, RYR2, SERCA2a, SCN5a, KCNJ2, CACNA1c, ITGB1, GJA1, MYH6, and MYH7) and protein (ssTnI and cTnI) expressions. We further demonstrated that 5PM surfaces facilitated cadherin switching (from E- to N-) during cardiac differentiation and mature N-cadherin expression, which were positively correlated with the cardiogensis markers ( GATA4, MEF2c, and NKX2.5). This study illuminated that a tailored surface nanotopography was beneficial in hiPSC culture and in situ cardiac differentiation. This one-step approach and BCCs can be a next-generation tool for hiPSC expansion and CM differentiation.
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