Biomechanische Eigenschaften von Kieferperiostzellen versus mesenchymale Stammzellen, die aus pluripotenten Stammzellen differenziert wurden - Veränderungen in zellulärer Elastizität

Abstract

Die Funktionalität von Zellen, die sich durch eine bemerkenswerte Plastizität auszeichnet, wird stark durch mechanische Kräfte beeinflusst, die das Schicksal mesenchymaler Stammzellen (MSC) steuern. Das Verständnis sowohl der molekularen Mechanismen als auch der biomechanischen Muster ist entscheidend für die Weiterentwicklung von Tissue-Engineering-Strategien. In dieser Studie werden die biomechanischen Eigenschaften von Kieferperiostzellen (JPCs) und induzierten mesenchymalen Stammzellen (iMSCs), die aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs), die aus JPCs stammen, reprogrammiert wurden, unter verschiedenen Kulturbedingungen untersucht. Ich kultivierte sowohl JPCs als auch iMSCs unter normoxischen und hypoxischen Bedingungen, mit und ohne osteogene Differenzierung, und auf Laminin- oder Gelatine-beschichteten Substraten. Mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie habe ich die zelluläre Elastizität und den Elastizitätsmodul von Kalziumphosphat-Präzipitaten (CaPPs) gemessen, die unter osteogenen Bedingungen gebildet wurden. Außerdem wurden die Korrelationen zwischen Zellsteifigkeit, CaPP-Ablagerung und Mineralisierung analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass iMSCs trotz ihrer weicheren zellulären Konsistenz tendenziell stärkere CaPPs bilden als osteogen differenzierte JPCs. JPCs, insbesondere unter normoxischen Bedingungen, bildeten stärkere CaPPs mit einem geringeren zellulären Steifigkeitsprofil. Umgekehrt bildeten iMSCs, die unter hypoxischen Bedingungen auf lamininbeschichteten Oberflächen kultiviert wurden, stärkere CaPPs bei geringerer Steifigkeit. Es wurde eine bemerkenswerte umgekehrte Beziehung zwischen reduzierter Zellsteifigkeit und verstärkter Mineralisierung in osteogen induzierten Zellen festgestellt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass JPCs und iMSCs unterschiedliche biomechanische Reaktionen auf die osteogene Induktion zeigen. Während JPCs die Zellsteifigkeit während der osteogenen Differenzierung erhöhen, zeigen iMSCs einen Rückgang der Steifigkeit. Ein geringeres zelluläres Steifigkeitsprofil in beiden Zelltypen korreliert mit einer verstärkten Mineralisierung, was darauf hindeutet, dass dieser biomechanische Fingerabdruck als kritischer Marker für die osteogene Differenzierung dient.