Abstract Biomimetic Hydrogel-Supported Transplantation of Endogenous Cardiac Stem Cells for Cardiac Regeneration Hee Won Son (Anesthesiology) Department of Medicine, Graduate School, Inje University (Advisor: Prof. Soon Ho Cheong) Objectives: Cardiac stem cells (CSCs) intrinsically possess a differentiation potential into multiple cardiac cells and a robust ex vivo expandability. Thus, CSCs could provide promising strategies for regeneration of cardiomyocytes (CMCs). However, conventional cell transplantation is limited by transplanted cell ...
Abstract Biomimetic Hydrogel-Supported Transplantation of Endogenous Cardiac Stem Cells for Cardiac Regeneration Hee Won Son (Anesthesiology) Department of Medicine, Graduate School, Inje University (Advisor: Prof. Soon Ho Cheong) Objectives: Cardiac stem cells (CSCs) intrinsically possess a differentiation potential into multiple cardiac cells and a robust ex vivo expandability. Thus, CSCs could provide promising strategies for regeneration of cardiomyocytes (CMCs). However, conventional cell transplantation is limited by transplanted cell retention and survival within the infarcted myocardium. This study aimed to develop a fibrin hydrogel-supported delivery system of endogenous CSCs for enhancing the retention rate and viability of transplanted CSCs. Methods: CSCs were isolated from human myocardium using fibrin hydrogel-supported organ culture and expanded ex vivo using conventional monolayer culture. Before cell transplantation, the biologic properties including immunophenotype and differentiation potency were assessed using ex vivo expanded CSCs. The retention rate and viability of transplanted CSCs in acute myocardial infarction were determined according to delivery vehicle. Cardiac protective efficacy of CSCs injected into the infarcted myocardium through the fibrin hydrogel was assessed by histomorphometric method at 4 weeks after injection. Moreover, cardiac function was also assessed using echocardiography. Results: CSCs were successfully isolated from the myocardium and expanded. Subcultured CSCs uniformly expressed cardiac-specific transcription factors and stem cell markers. Moreover, subcultured CSCs retained the potency into cardiomyocytes, endothelial cells, adipocytes, and osteoblasts. The retention rate and viability of transplanted CSCs were meaningfully increased in rats injected with the fibrin hydrogel preserved compared to control. In addition, injected CSCs through the fibrin hydrogel significantly reduced fibrotic scar, but enhanced myocardial preservation. Global cardiac function including ejection fraction and fractional shortening also meaningfully increased in rats injected CSCs through the fibrin hydrogel. CSCs transplantation significantly increased the microvascular density in the infarcted myocardium as compared to control. Conclusions: These results indicated that fibrin hydrogel may have potential as a smart vehicle to improve the therapeutic efficacy of CSCs on myocardial infarction. Key Words: cardiac stem cells, cell transplantation, fibrin, myocardial infarction, myocardial regeneration ？ 국문초록 생체모방 하이드로젤 지지 심장줄기세포의 이식을 통한 심장재생 인제대학교 대학원 의학과 손희원 (지도교수: 정순호) 목적: 심장줄기세포(CSCs)는 다양한 심장계열의 세포로 분화할 수 있는 능력과 체외 증식능력이 뛰어나, 심근세포(CMC) 재생을 유도할 수 있는 유망한 치료제로 적용될 수 있다. 그러나 기존 세포전달은 이식된 세포의 저조한 심장 내 보존과 생존에 따른 문제점이 대두되었다. 본 연구는 심근경색 내 이식된 CSCs의 보존율 및 생존율을 증가시키기 위한 하이드로젤-지지 이식방법을 개발하고자 하였다. 방법: 하이드로젤-지지 장기배양법을 통하여 인간 심근으로부터 CSCs는 분리하였다. 분리한 CSCs는 단층배양법을 통하여 증폭 배양한 후 면역표면학적 특성과 분화특성을 분석하였다. 급성심근경색 모델에서 운반체에 따른 CSCs의 심근 내 보존율과 생존율을 분석하였다. 피브린 하이드로젤-지지 CSCs 이식에 의한 심장보호 능력은 세포이식 4주째 형태계측방법을 통하여 분석하였으며 심초음파를 통하여 심장기능을 분석하였다. 결과: 심근으로부터 CSCs를 성공적으로 분리하고 증폭 배양할 수 있었다. 계대배양한 CSCs는심장-특이 전사인자 및 줄기세포 표지자를 균일하게 발현하였으며, 심근세포, 혈관내피세포, 지방세포, 조골세포로의 분화할 수 있는 능력을 가지고 있었다. 피브린 하이드로젤을 통한 이식은 심장 내 CSCs의 보존율과 생존율을 유의하게 증가시켰다. 피브린 하이드로젤을 통한 CSCs 이식은 섬유화에 의한 반흔을 유의하게 감소시켰으며, 심근보존은 증가시켰다. 또한 CSCs 이식은 심장박출계수 및 fractional shortening 등의 심장기능을 유의하게 증가시킬 수 있었다. CSCs 이식은 심근경색 내 미세혈관밀도의 증가를 유의하게 증가시켰다. 결론: 이상의 결과는 피브린 하이드로젤은 운반체로서 심근경색에 있어 CSCs의 치료효과를 증가시킬 수 있을 것으로 사료된다. 색인단어; 심장줄기세포, 세포이식, 피브린, 심근경색, 심근재생
Abstract Biomimetic Hydrogel-Supported Transplantation of Endogenous Cardiac Stem Cells for Cardiac Regeneration Hee Won Son (Anesthesiology) Department of Medicine, Graduate School, Inje University (Advisor: Prof. Soon Ho Cheong) Objectives: Cardiac stem cells (CSCs) intrinsically possess a differentiation potential into multiple cardiac cells and a robust ex vivo expandability. Thus, CSCs could provide promising strategies for regeneration of cardiomyocytes (CMCs). However, conventional cell transplantation is limited by transplanted cell retention and survival within the infarcted myocardium. This study aimed to develop a fibrin hydrogel-supported delivery system of endogenous CSCs for enhancing the retention rate and viability of transplanted CSCs. Methods: CSCs were isolated from human myocardium using fibrin hydrogel-supported organ culture and expanded ex vivo using conventional monolayer culture. Before cell transplantation, the biologic properties including immunophenotype and differentiation potency were assessed using ex vivo expanded CSCs. The retention rate and viability of transplanted CSCs in acute myocardial infarction were determined according to delivery vehicle. Cardiac protective efficacy of CSCs injected into the infarcted myocardium through the fibrin hydrogel was assessed by histomorphometric method at 4 weeks after injection. Moreover, cardiac function was also assessed using echocardiography. Results: CSCs were successfully isolated from the myocardium and expanded. Subcultured CSCs uniformly expressed cardiac-specific transcription factors and stem cell markers. Moreover, subcultured CSCs retained the potency into cardiomyocytes, endothelial cells, adipocytes, and osteoblasts. The retention rate and viability of transplanted CSCs were meaningfully increased in rats injected with the fibrin hydrogel preserved compared to control. In addition, injected CSCs through the fibrin hydrogel significantly reduced fibrotic scar, but enhanced myocardial preservation. Global cardiac function including ejection fraction and fractional shortening also meaningfully increased in rats injected CSCs through the fibrin hydrogel. CSCs transplantation significantly increased the microvascular density in the infarcted myocardium as compared to control. Conclusions: These results indicated that fibrin hydrogel may have potential as a smart vehicle to improve the therapeutic efficacy of CSCs on myocardial infarction. Key Words: cardiac stem cells, cell transplantation, fibrin, myocardial infarction, myocardial regeneration ？ 국문초록 생체모방 하이드로젤 지지 심장줄기세포의 이식을 통한 심장재생 인제대학교 대학원 의학과 손희원 (지도교수: 정순호) 목적: 심장줄기세포(CSCs)는 다양한 심장계열의 세포로 분화할 수 있는 능력과 체외 증식능력이 뛰어나, 심근세포(CMC) 재생을 유도할 수 있는 유망한 치료제로 적용될 수 있다. 그러나 기존 세포전달은 이식된 세포의 저조한 심장 내 보존과 생존에 따른 문제점이 대두되었다. 본 연구는 심근경색 내 이식된 CSCs의 보존율 및 생존율을 증가시키기 위한 하이드로젤-지지 이식방법을 개발하고자 하였다. 방법: 하이드로젤-지지 장기배양법을 통하여 인간 심근으로부터 CSCs는 분리하였다. 분리한 CSCs는 단층배양법을 통하여 증폭 배양한 후 면역표면학적 특성과 분화특성을 분석하였다. 급성심근경색 모델에서 운반체에 따른 CSCs의 심근 내 보존율과 생존율을 분석하였다. 피브린 하이드로젤-지지 CSCs 이식에 의한 심장보호 능력은 세포이식 4주째 형태계측방법을 통하여 분석하였으며 심초음파를 통하여 심장기능을 분석하였다. 결과: 심근으로부터 CSCs를 성공적으로 분리하고 증폭 배양할 수 있었다. 계대배양한 CSCs는심장-특이 전사인자 및 줄기세포 표지자를 균일하게 발현하였으며, 심근세포, 혈관내피세포, 지방세포, 조골세포로의 분화할 수 있는 능력을 가지고 있었다. 피브린 하이드로젤을 통한 이식은 심장 내 CSCs의 보존율과 생존율을 유의하게 증가시켰다. 피브린 하이드로젤을 통한 CSCs 이식은 섬유화에 의한 반흔을 유의하게 감소시켰으며, 심근보존은 증가시켰다. 또한 CSCs 이식은 심장박출계수 및 fractional shortening 등의 심장기능을 유의하게 증가시킬 수 있었다. CSCs 이식은 심근경색 내 미세혈관밀도의 증가를 유의하게 증가시켰다. 결론: 이상의 결과는 피브린 하이드로젤은 운반체로서 심근경색에 있어 CSCs의 치료효과를 증가시킬 수 있을 것으로 사료된다. 색인단어; 심장줄기세포, 세포이식, 피브린, 심근경색, 심근재생
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