서론 및 가설: 인간 유도만능줄기세포(hiPSC) 및 그 유래물은 재생 심장 치료를 위한 유망한 세포 공급원으로 여겨진다. 그러나 대규모의 hiPSC 유래 심근세포(hiPSC-CMs)를 생성하는 일은 여전히 주요한 난제로 남아 있는데, 이는 부분적으로 치밀한 배양 조건에서의 세포 접촉에 의해 유도되는 증식 억제 때문인 것으로 알려져 있다. 우리는 희소 배양 대 치밀 배양 조건에서 서로 다르게 분비되는 인자들이 희소 배양된 hiPSC-CMs의 증가된 증식 속도를 유발하는 데 책임이 있다고 가설을 세웠다. 방법: 우리는 고효율 스크리닝(HTS) 분석을 수행하여 희소 및 치밀 배양된 hiPSC-CMs의 상등액에서 방출되는 성장인자(GFs)를 동정하였다. 치밀 대 희소 배양 조건에서의 후보 GFs의 차등 발현은 단일세포 RNA 시퀀싱(scRNAseq), 웨스턴 블롯(WB), 면역세포화학(ICC) 분석을 통해 확인하였다. 확인된 GF 후보들은 GF 처리 후 hiPSC-CMs에서 세포주기 표지자인 Ki67의 발현을 측정함으로써 추가로 검증하였다. 세포-세포 접촉에 대한 GF 처리의 효과는 siRNA 기반 N-카데헤린(CDH2) 넉다운(KD) in vitro 모델을 사용하여 기전적으로 추가 탐색하였다. 결과: 우리의 HTS 분석은 희소 배양 상등액에서 상위 후보 성장인자로 IGFBP2, IGFBP6, PDGF-AA를 동정하였다. 이어진 WB, ICC, scRNAseq 분석은 치밀 조건에 비해 희소 조건에서 IGFBP2 발현이 각각 1.5배, 3.5배, 2.0배 더 높음을 확인하였다. 재조합 IGFBP2를 치밀 배양된 hiPSC-CMs에 보충한 결과, 대조군에서 13.0 +/- 1.4%였던 Ki67 발현 수준이 3nM IGFBP2 처리 후 44.1 +/- 8.4%로 증가하였으며, 이는 희소 배양 조건에서 달성된 수준과 유사하였다. 기전적으로, IGFBP2 처리는 CDH2의 세포-세포 접합부 위치가 세포질로 이동하는 변화를 유발하였다. 세포-세포 접촉의 상실을 모사하기 위해 CDH2-KD로 CDH2 발현을 감소시키자 hiPSC-CM의 증식이 촉진되었다. 결론: 우리는 IGFBP2가 hiPSC-CM 증식의 세포 접촉 매개 억제를 극복하는 예기치 않은 역할을 발견하였으며, 이는 재생 목적의 in situ 대규모 3차원 심장 조직을 공학적으로 설계하기 위한 유망한 새로운 접근을 제공한다.

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