Stem cell-based therapies have been developed to treat various types of wounds. Human adipose-derived stem cells (hADSCs) are used to treat skin wounds owing to their outstanding angiogenic potential. Although recent studies have suggested that stem cell spheroids may help wound healing, their cell viability and retention rate in the wound area require improvement to enhance their therapeutic efficacy. We developed a core-shell structured spheroid with hADSCs in the core and human dermal fibroblasts (hDFs) in the outer part of the spheroid. The core-shell structure was formed by continuous centrifugation and spheroid incubation. After optimizing the method for inducing uniform-sized core-shell spheroids, cell viability, cell proliferation, migration, and therapeutic efficacy were evaluated and compared to those of conventional spheroids. Cell proliferation, migration, and involucrin expression were evaluated in keratinocytes. Tubular assays in human umbilical vein endothelial cells were used to confirm the improved skin regeneration and angiogenic efficacy of core-shell spheroids. Core-shell spheroids exhibited exceptional cell viability under hypoxic cell culture conditions that mimicked the microenvironment of the wound area. The improvement in retention rate, survival rate, and angiogenic growth factors secretion from core-shell spheroids may contribute to the increased therapeutic efficacy of stem cell treatment for skin wounds.
배경: 줄기세포 기반의 치료법은 다양한 종류의 상처를 치료하기 위해 개발되었다. 인간 지방 유래 줄기세포(hADSC)는 뛰어난 혈관 신생 인자 발현으로 인해 피부 상처를 치료하는 데 사용된다. 비록 최근 연구들이 줄기세포 스페로이드가 상처 치유를 도울 수 있음을 보여주었지만, 상처 부위에서의 세포 생존력과 유지율은 치료 효과를 향상시키기 위해 더욱 많은 개선이 필요하다. hADSC와 인간 피부유래 섬유아세포 (hDF)의 공동 배양은 각 세포의 각질형성세포 성장인자의 발현을 증가시켜 상처 치유 효과를 증가시킨다.방법: 따라서, 우리는 코어에 hADSC가 있고 스페로이드의 외부에 hDF가 있는 코어-쉘 구조의 스페로이드를 개발했다. 코어-쉘 구조는 연속된 원심분리와 배양에 의해 응집으로 형성되었다. 균일한 크기의 코어-쉘 구형화 유도 방법을 최적화한 후, 세포 생존력, 세포 증식, 이동 및 치료 효능을 평가하여 기존 구형화 유도 방법과 비교하였다.결과: 이형 세포 코어-쉘 구조 스페로이드를 이용한 in vitro 실험 (각질형성세포에서 세포증식, 이동, 피부 재생 관련 인자 발현 및 인간 탯줄 정맥 내피 세포의 혈관 형성 정도 검사)를 진행하였다. 해당 실험들을 이용하여 코어-쉘 스페로이드의 개선된 피부재생과 혈관형성 효능을 확인하였다. 또한, 코어-쉘 스페로이드는 상처 부위의 미세 환경을 모방한 저산소 세포 배양 조건에서도 우수한 세포 생존력과 혈관 신생 성장인자들의 분비를 보였다.결론: 이형 세포 코어-쉘 구조 스페로이드는 기존 스페포이드 보다 상처에서의 높은 유지율, 생존율, 그리고 혈관 신생 성장인자의 분비를 보였으며, 이는 피부 상처에 대한 줄기세포 치료의 치료효과 증가에 기여할 수 있다.