Statins augment cardiac differentiation and survival of human cardiac stem cell spheroids

Abstract

Cardiac stem cells (CSCs) are promising cell sources for treatment of myocardial infarction for stem cell therapy. However, the cells number retained low (less than 1%) when single cells were directly delivered in vivo. Cells delivered in the form of spheroids significantly improve survival rates in vivo as well as provide microenvironment that enhance cell-cell interaction, and spheroids augment survival prolongation and therapeutic function in vivo. Nevertheless, since nutrients and oxygen are difficult to diffuse and supply to spheroids core, hypoxia and necosis generate in spheroids core. Statins (HMG-CoA reductase inhibitors) provide pleiotropic effects that modulates intracellular functions such as nitric oxide (NO) bioactivity, cell proliferation and cell death. Thus, statins were introduced as a factor that improve hypoxia and increase cell viability of spheroid core. Established culture condition (1 % serum spheroid growth medium) and statins concentration (0, 0.01 and 0.1 μM) elevated viability of spheroids. Moreover statins upregulated expression of cardiac differentiation factor (Nkx 2.5), extracellular matrix factor (Collagen Ⅳ α1) and cell-cell interaction factor (E-cadherin) as well as endothelial nitric oxide synthase (eNOS). Functional improvement of CSC spheroid-based cell therapeutics via statins will be strengthen for treatment of myocardial infarction.;심장 줄기 세포 (CSC)는 심장질환 치료를 위한 줄기세포 치료에서 유망한 세포원이다. 그러나 생체 내에서 단일 세포를 생체 내 직접 전달하는 경우 세포 수가 1 % 미만으로 유지되는 등 낮은 생착률을 보였다. Spheroid 형태로 전달된 세포는 생체 내 잔존율이 현저히 향상될 뿐 아니라 세포-세포 상호 작용을 증가시킬 수 있는 미세 환경이 형성됨으로써 생체 내 생존 연장 및 치료적 기능이 증가될 수 있다. 그러나 영양분과 산소가 세포 spheroid의 core부분까지 확산/공급되기 어렵기 때문에 spheroid core에서 세포 사멸과 저산소증이 발생한다. Statin (HMG-CoA reductase inhibitors)은 nitric oxide bioactivity, 세포 증식 및 세포 사멸과 같은 세포 내 기능을 조절하는 다방면 효과를 가진다. 따라서, statin은 spheroid core의 저산소증을 향상시키고 세포 생존력을 증가시키는 인자로 도입되었다. hCSC spheroid의 배양 조건 (1 % 혈청을 포함한 성장 배지) 및 세포 독성을 나타내지 않는 statin 처리 농도 (0, 0.01 및 0.1 μM) 또한 statins은 hCSC spheroid의 생존력을 향상시키고 심근 세포 분화 인자 (Nkx-2.5), 세포 외 기질 인자 (Collagen Ⅳ α1), 세포 부착 인자 (E-cadherin) 의 발현을 향상시켰다. 또한, statins은 eNOS의 단백질 수준을 증가시켰다. 따라서 Statins을 통한 CSC spheroid 기반 세포 치료제의 기능적 개선으로 심근 경색을 치료하기 위한 새로운 전략으로 강화 될 것이다.