Research Article

直流電場下でのヒト脂肪由来幹細胞の年齢依存的な電気誘導性の可視化

DOI:

10.3791/69666

⸱

December 19th, 2025

 ,  ,  ,  , 
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 This Article

Summary

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少数の女性ドナーのコホートでは、加齢によりhADSCの電気安定移動が減少しました。DCEFは遺伝子発現を変化させ(上行747、下行624)、ナトリウム輸送/チャネルGO項およびPI3K-Akt KEGG経路を豊かにし、因果関係を確立せずに加齢に関連した電気走行性への関与を示唆しました。

Abstract

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ヒト脂肪由来幹細胞(hADSC)は組織再生と創傷治癒に極めて重要であり、その指向的な移動はこれらの治療効果を発揮するための前提条件です。電場(EF)は創傷修復中の細胞移動を導く重要な手がかりとしてよく知られていますが、hADSCの電気的特性、特にドナー特性(例:年齢)がこの挙動やその基礎となる分子メカニズムをどのように調節するかについては、まだ十分に理解されていません。この知識のギャップは、hADSCの再生医療における最適な応用を制限しています。本研究では、まずhADSCにおける電気誘導性の存在を検証し、その電圧依存性を確認しました。すなわち、100〜200 mV/mmの直流電場(DCEF)下で、hADSCはアノードに向かって方向性に移動し、より強いEF強度は移動の方向性と速度の両方を向上させました(0 mV/mm制御時とは対照的です)。次に、200 mV/mm DCEF刺激後にRNAシーケンシング(RNA-seq)を用いて、若い女性ドナー(27.00 ± 4.58歳)および高齢女性ドナー(62.33 ± 4.04歳)のhADSCを比較しました。トランスクリプトミクス解析により、高齢hADSCにおいて747のアップレギュレーション遺伝子と624基のダウンレギュレーション遺伝子が確認され、電気走行に重要な生物学的プロセス・経路(ナトリウムイオン膜貫通輸送、電圧ゲートナトリウムチャネル活性(GO項)、PI3K-Aktシグナル伝達経路(KEGG経路)に富む差異発現遺伝子(DEGs)が確認されました。機能的には、高齢hADSCはDCEF刺激下の若いhADSCと比較して、陽極移動(累積距離、ユークリッド距離、直接性の減少)を有意に減少させました。本研究はhADSCにおける年齢依存的な電気走行性の初の証拠を提供し、ドナーの年齢が電気攻撃能力の低下と相関していることを示しました。さらに、ナトリウムチャネル活動の調節不全やPI3K-Aktシグナル伝達がこの加齢による低下の背景にある可能性を示しています。これらの発見はhADSC電気誘導の潜在的な調節メカニズムを示し、hADSCベースの治療(例:最適なドナー選定やナトリウム/PI3K-Akt経路の標的化)を組織再生と創傷治癒の改善に向けた新たな知見を提供します。

Introduction

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脂肪由来幹細胞(ADSC)は強い自己更新能力と顕著な再生能力を持っています。適切な誘導条件下で、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞などに分化することができます。パラクリンシグナル伝達を通じて、ADSCは血管やリンパ管の生成を支援できます2,3、瘢痕形成の抑制4、免疫調節効果を示す5。したがって、ADSCは再生医療における細胞ベースの治療に理想的な種子細胞と考えられています。

ADSCの機能は、ドナーの年齢、体格指数、性別など、細胞療法における潜在的な有効性に影響を与えるさまざまなドナーの特徴によって影響を受けます。6.高齢ドナー由来のADSCは、より顕著な加齢特性を示し、脂肪生成分化の可能性、骨形成分化の可能性、移動能力の低下を示します7,8,9。さらに、ケラチノサイト増殖を促進し、体の自己修復機構を刺激する能力も低下します<....

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Protocol

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組織採取前に全参加者からインフォームドコンセントが取得されました。本研究は中国医科大学第一附属病院倫理委員会(承認番号:[2018]2018-110-2)により承認されました。組織採取前に全参加者から書面によるインフォームドコンセントが取得されました

hADSCの分離と文化
組織採取: 中国医科大学第一附属病院形成外科で実施された通常の選択的脂肪吸引手術中に、ヒト腹部脂肪組織サンプルが採取されました。すべてのドナーは健康な女性ボランティアで、美容的腹部脂肪吸引を受けており、研究目的で追加の外科的介入は行われていません。組織標本は、誤嚥直後に手術外科医が無菌条件下で採取し、30分以内に氷の上で滅菌容器に入れて検査室に移されました。

サンプルサイズ: 本研究には合計6名のドナーが含まれ、3名の若年ドナー(年齢:27.00歳±4.58歳)と3名の年長ドナー(年齢:62.33歳±4.04歳)が含まれていました。

組織処理: 脂肪組織断片を50 mLの円錐形チューブに移し、1,800 x g で4°Cで3分間遠心分離し、上部油相を慎重に吸引して過剰な....

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Results

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電場の適用はhADSCの方向移動を導き、その移動能力を高めます
抽出されたhADSCは典型的な間葉系幹細胞表面マーカー(例:CD29、CD44、CD90、CD73、CD105)を示し、三系統分化の可能性(脂肪形成性、骨形成性、軟骨性、図2A)は、hADSC識別の標準基準を満たしています。直流電場(DCEF)を0 mV/mm、100 mV/mm、200 mV/mmの強度で適用し、hADSCの電気攻撃応答を調査しました。電気刺激なしの対照群(0 mV/mm)では、hADSCはランダムな方向に移動しました。しかし、200 mV/mmの外因性DCEF刺激下では、細胞は陽極に方向性に移動しました(図2B)。さらに、電界強度が高まるほど陽極に向かって移動するhADSCの数も増加しました(図2C-D).......

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Discussion

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組織損傷修復と再生の初期段階で、電場は微小環境に確立された最も初期の物理的手がかりの一つとして現れます。それらの方向性は、損傷部位への細胞の動員と時空間的に相関しています。内因性電場は、上皮組織における偏極イオン輸送によって生じる経上皮電位に由来します。上皮障壁が破壊または劣化すると、電位は二次的に変化しますが、損傷していないまたは非老化領域はイオン輸送を維持し、上皮表面に平行なDCEFを生成する電圧勾配が生じます。この状況では、損傷中心がカソードとして機能し、電場の重要な構成要素として機能します。ADSCは脂肪組織の特定の幹細胞ニッチ内に存在します。増え続ける証拠は、ADSCが本来のニッチから動員され、皮膚修復や再生に参加できることを示唆しています。本研究では、ADSCが外部DCEFに対して電気走行性を示すかどうかを調査し、皮膚再生中の内因性EFに対する応答性を評価する。私たちの.......

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Disclosures

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著者には開示すべき利益相反はありません。

Acknowledgements

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中国医科大学第一附属病院(瀋陽)の形成外科部門およびカリフォルニア大学デービス校再生治療研究所の皆様に、本研究を可能にした重要な実験インフラと共有研究資源の提供に心より感謝申し上げます。また、RNAシーケンシングおよびバイオインフォマティクス解析における技術支援をいただいた上海OEバイオテック有限公司にも感謝申し上げます。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
4°C/-20°C/-80°C冷蔵庫ハイアル、中国HYC-390/DW-25L262/DW-86L728J
寒天中国、フシ10000561
Agilent 2100バイオアナライザーアジレント・テクノロジーズ、アメリカ合衆国G2939BA
アリザリン・レッド S シグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国A5533
バイオセーフティキャビネット サーモ・フィッシャー・サイエンティフィック、アメリカ合衆国1300 A2 1.5 m
CaNO3·4H2O中国、フシ10013960
遠心分離機サーモ・フィッシャー・サイエンティフィック、アメリカ合衆国X4R Pro 
CO2インキュベーターサーモ・フィッシャー・サイエンティフィック、アメリカ合衆国フォーマステリサイクル3307 
コラーゲナーゼタイプIVバイオシャープ、中国 BS076
共焦点顕微鏡ツァイス、ドイツLSM 900
直流パルス電源供給装置および大道パワートロニクス(韓国)DDP-500
デキサメタゾンシグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国D4902
デジタルマルチメーターフルーク、アメリカ合衆国フルーク-175
DMSOシグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国D2650
電子バランス サルトリウス、ドイツ BSA224S-CW
FBS ギブコ、アメリカ合衆国10270-106
フローサイトメーターサーモ・フィッシャー・サイエンティフィック、アメリカ合衆国A24858
IBMX(1-メチル-3-イソブチルキサンチン)シグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国I7018
インドメタシン  シグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国I7378
インスリンシグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国I5500  
倒立顕微鏡ツァイス、ドイツアクシオ・オブザーバー7 / ACR
ITS-Gシグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国I3146
KCl中国、フシ10019318
KH2PO4中国、フシ10019320
リノール酸など;シグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国L1376
ライブセルステーションライブセルインストゥルメント、韓国チャムリド TC 
低グルコースDMEMギブコ、アメリカ合衆国11885084
MgSO4·7H 2O 中国、フシ10019322
Na2HPO4middot;12H2O中国、フシ10019324
NaCl中国、フシ10019318
NanoDrop 2000分光光度計サーモ・フィッシャー・サイエンティフィック、アメリカ合衆国ND-2000
オイルレッドOシグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国O0625
ペニシリン/ストレプトマイシンギブコ、アメリカ合衆国15140122
ピペットエッペンドルフ(ドイツ)およびnbsp;4920000061
SYBRプリミックス EX タック中国のタカラ RR420A
トルイジンブルー O     シグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国T3260
トリス中国、フシ10019326
トリゾルビヨタイム、中国R0016
トリプシン-EDTAギブコ、アメリカ合衆国25200056
直立顕微鏡ツァイス、ドイツ415200-0000-000 
真空グリースダウ・コーニング、アメリカ合衆国1597418
ビタミンC   シグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国A4544
浄水システムサーモ・フィッシャー・サイエンティフィック、アメリカ合衆国 GenPure xCAD Plus UF-TOC
&β;-グリセロリン酸 シグマ・オルドリッチ、アメリカ合衆国G9422

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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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