Forschungsartikel

Visualisierung altersabhängiger Elektrotaxis menschlicher fettabgeleiteter Stammzellen unter Gleichstromfeldern

DOI:

10.3791/69666

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19. Dezember 2025

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1Department of Plastic Surgery, The First Affiliated Hospital of China Medical University, 2Department of Dermatology, Institute for Regenerative Cures, University of California, Davis, 3Department of Ophthalmology and Vision Science, Institute for Regenerative Cures, University of California, Davis

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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In einer kleinen Kohorte weiblicher Spender verringerte das Altern die elektrotaktische Migration von hADSCs. DCEF veränderte die Genexpression (747 nach oben, 624 nach unten), anreicherte die Natriumtransport-/Kanal-GO-Terme und PI3K-Akt KEGG-Signalwege, was auf eine Beteiligung an altersbedingter Elektrotaxis hindeutet, ohne eine Kausalität nachzuweisen.

Zusammenfassung

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Menschliche, fettabgeleitete Stammzellen (hADSCs) sind entscheidend für Geweberegeneration und Wundheilung, und ihre gerichtete Migration ist eine Voraussetzung für diese therapeutischen Wirkungen. Elektrische Felder (EFs) sind als Schlüsselsignale zur Zellmigration während der Wundreparatur gut anerkannt, doch das elektrotaktische Verhalten von hADSCs – insbesondere wie Spendereigenschaften (z. B. Alter) dieses Verhalten und seine zugrundeliegenden molekularen Mechanismen regulieren – sind weiterhin wenig verstanden. Diese Wissenslücke begrenzt die optimierte Anwendung von hADSCs in der regenerativen Medizin. In dieser Studie validierten wir zunächst die Existenz von Elektrotaxis in hADSCs und bestätigten deren Spannungsabhängigkeit: Bei Gleichstromfeldern (DCEFs) von 100–200 mV/mm wanderten hADSCs richtungsweise zur Anode zu, wobei stärkere EF-Intensitäten sowohl die Migrationsrichtung als auch die Geschwindigkeit verbesserten (im Gegensatz zur 0 mV/mm-Kontrolle). Anschließend verglichen wir hADSCs von jungen weiblichen Spenderinnen (27,00 ± 4,58 Jahre) und älteren weiblichen Spenderinnen (62,33 ± 4,04 Jahre) mittels RNA-Sequenzierung (RNA-seq) nach 200 mV/mm DCEF-Stimulation. Die transkriptomische Analyse identifizierte 747 hochregulierte und 624 herunterregulierte Gene in älteren hADSCs, wobei differenziell exprimierte Gene (DEGs) in biologischen Prozessen/Wegen angereichert sind, die für Elektrotaxis kritisch sind – einschließlich Natriumionen-Transmembrantransport, spannungsgesteuerter Natriumkanalaktivität (GO-Terme) und des PI3K-Akt-Signalwegs (KEGG-Signalweg). Funktional zeigten ältere hADSCs unter DCEF-Stimulation eine signifikant reduzierte anodale Migration (verringerte akkumulierte Distanz, euklidische Distanz und Direktheit) im Vergleich zu jungen hADSCS. Diese Studie liefert den ersten Beleg für altersabhängige Elektrotaxien bei hADSCs und zeigt, dass das Spenderalter mit einer beeinträchtigten elektrotaktischen Kapazität korreliert. Es zeigt außerdem, dass dysregulierte Natriumkanalaktivität und PI3K-Akt-Signalübertragung diesem altersbedingten Rückgang zugrunde liegen könnten. Diese Ergebnisse weisen auf die potenziellen regulatorischen Mechanismen der hADSC-Elektrotaxis hin und bieten neue Erkenntnisse zur Anpassung von hADSC-basierten Therapien (z. B. Auswahl optimaler Spender oder Zielsetzung von Natrium-/PI3K-Akt-Wegen) zur Verbesserung der Geweberegeneration und Wundheilungsergebnisse.

Einleitung

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Fett-abgeleitete Stammzellen (ADSC) besitzen eine starke Selbsterneuerungskapazität und ein erhebliches regeneratives Potenzial. Unter geeigneten Induktionsbedingungen können sie sich in Osteoblasten, Chondrozyten und Adipozyten differenzieren, unter anderem1. Durch parakrine Signalübertragung kann ADSC auch die Bildung von Blutgefäßen und Lymphgefäßenunterstützen, die Narbenbildunghemmen 4 und immunregulatorische Effekte zeigen5. Daher gilt ADSC als ideale Samenzelle für zellbasierte Therapien in der rege....

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Protokoll

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Vor der Gewebeentnahme wurde von allen Teilnehmern eine informierte Zustimmung eingeholt. Diese Studie wurde vom Ethikausschuss des ersten angeschlossenen Krankenhauses der China Medical University genehmigt (Genehmigungsnummer: [2018]2018-110-2). Vor der Gewebeentnahme wurde von allen Teilnehmern eine schriftliche informierte Zustimmung eingeholt

hADSC-Isolation und Kultur
Gewebesammlung: Humane abdominale Fettgewebeproben wurden während routinemäßiger elektiver Fettabsaugungen in der Abteilung für plastische Chirurgie des ersten angeschlossenen Krankenhauses der China....

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Ergebnisse

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Die Anwendung elektrischer Felder leitet die Richtungswanderung von hADSCs und erhöht ihre Migrationskapazität
Die extrahierten hADSCs wiesen typische mesenchymale Stammzelloberflächenmarker auf (z. B. CD29, CD44, CD90, CD73, CD105) und besaßen ein Potenzial zur Trilineage-Differenzierung (adipogen, osteogen, chondrogen; Abbildung 2A), erfüllt die Standardkriterien für die hADSC-Identifikation. Wir legten Gleichstromfelder (DCEFs) bei Intensitäten von 0 mV/mm, 100 mV/mm u.......

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Diskussion

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Früh im Prozess der Reparatur und Regeneration von Gewebeverletzungen treten elektrische Felder als eines der frühesten physikalischen Signale in der Mikroumgebung auf. Ihre richtungsweisenden Eigenschaften korrelieren räumlich und zeitlich mit der Rekrutierung von Zellen an der Verletzungsstelle27. Endogene elektrische Felder entstehen aus dem transepithelialen Potential, das durch polarisierten Ionentransport in Epithelgeweben erzeugt wird. Wenn die epitiheliale.......

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Offenlegungen

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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte, die offengelegt werden müssen.

Danksagungen

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Wir danken der Abteilung für plastische Chirurgie am First Affiliated Hospital der China Medical University (Shenyang, China) und dem Institute for Regenerative Cures der University of California, Davis (CA, USA) aufrichtig für ihre Bereitstellung kritischer experimenteller Infrastruktur und gemeinsame Forschungsressourcen, die diese Studie ermöglichten. Wir danken auch Shanghai OE Biotech Co., Ltd. für ihre technische Unterstützung in der RNA-Sequenzierung und bioinformatischen Analyse.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
4° C/-20 Grad; C/-80 & Grad; C-KühlschrankHaier, ChinaHYC-390/DW-25L262/DW-86L728J
AgarHUSHI, China10000561
Agilent 2100 BioanalyzerAgilent Technologies, Vereinigte StaatenG2939BA
Alizarin Red S Sigma-Aldrich, Vereinigte StaatenA5533
Biosicherheitskabinett Thermo Fisher Scientific, Vereinigte Staaten1300 A2 1,5 m
CaNO3· 4H2OHUSHI, China10013960
ZentrifugeThermo Fisher Scientific, Vereinigte StaatenX4R Pro 
CO2 InkubatorThermo Fisher Scientific, Vereinigte StaatenForma Steri-Zyklus 3307 
Kollagenase Typ IVBiosharp, China BS076
KonfokalmikroskopZEISS, DeutschlandLSM 900
Gleichstrom-Impuls-Netzteil Daedo Powertronics, KoreaDDP-500
DexamethasonSigma-Aldrich, Vereinigte StaatenD4902
Digitales MultimeterFluke, Vereinigte StaatenFLUKE-175
DMSOSigma-Aldrich, Vereinigte StaatenD2650
Elektronisches Konto Sartorius, Deutschland BSA224S-CW
FBS Gibco, Vereinigte Staaten10270-106
DurchflusszytometerThermo Fisher Scientific, Vereinigte StaatenA24858
IBMX (1-Methyl-3-Isobutylxanthin)Sigma-Aldrich, Vereinigte StaatenI7018
Indomethacin   Sigma-Aldrich, Vereinigte StaatenI7378
InsulinSigma-Aldrich, Vereinigte StaatenI5500   
Invertiertes MikroskopZEISS, DeutschlandAxio Observer 7 / ACR
ITS-GSigma-Aldrich, Vereinigte StaatenI3146
KClHUSHI, China10019318
KH2PO4HUSHI, China10019320
Linolsäure Sigma-Aldrich, Vereinigte StaatenL1376
Live-MobilfunkstationLive Cell Instrument, KoreaChamlide TC 
Niedriges Glukose-DMEMGibco, Vereinigte Staaten11885084
MgSO4· 7H2O HUSHI, China10019322
Na2HPO4· 12H2OHUSHI, China10019324
NaClHUSHI, China10019318
NanoDrop 2000 SpektrophotometerThermo Fisher Scientific, Vereinigte StaatenND-2000
Oil Red OSigma-Aldrich, Vereinigte StaatenO0625
Penicillin/StreptomycinGibco, Vereinigte Staaten15140122
PipettenEppendorf, Deutschland 4920000061
SYBR Premix EX TaqTakara, China RR420A
Toluidine Blue O         Sigma-Aldrich, Vereinigte StaatenT3260
TrisHUSHI, China10019326
TRIzolBeyotime, ChinaR0016
Trypsin-EDTAGibco, Vereinigte Staaten25200056
Vertikales MikroskopZEISS, Deutschland415200-0000-000 
VakuumfettDOW CORNING, Vereinigte Staaten1597418
Vitamin C     Sigma-Aldrich, Vereinigte StaatenA4544
WasseraufbereitungssystemThermo Fisher Scientific, Vereinigte Staaten  GenPure xCAD Plus UF-TOC
β-Glycerophosphat Sigma-Aldrich, Vereinigte StaatenG9422

Referenzen

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  1. Qin, Y., et al. An update on adipose-derived stem cells for regenerative medicine: Where challenge meets opportunity. Adv Sci. 10 (20), e2207334(2023).
  2. Biniazan, F., Stoian, A., Haykal, S. Adipose-derived stem cells: Angioge....

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Nachdrucke und Genehmigungen

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Schlagwörter

Electric Field StimulationAge Dependent MigrationStem Cell MigrationRNA SequencingSodium Channel ActivityPI3K Akt SignalingTissue RegenerationWound Healing

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