Оптимізація умов формування 3D-агрегатів для експансії та кардіоміогенного диференціювання індукованих плюрипотентних стовбурових клітин миші
Loading...
Date
2026
Authors
Будаш, Галина
Білько, Денис
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Національний університет "Києво-Могилянська академія"
Abstract
Контроль фізичних параметрів 3D-агрегатів індукованих плюрипотентних стовбурових клітин (іПСК), зокрема їхнього діаметра, є важливим фактором оптимізації процесів експансії та спрямованого диференціювання. У цій роботі досліджено вплив початкової щільності посіву клітин на формування агрегатів, їхній діаметр, морфологію, життєздатність та ефективність диференціювання в кардіоміоцити. Показано наявність прямої залежності між початковою кількістю клітин та діаметром агрегатів, а також встановлено, що агрегати середнього розміру мають найбільш сприятливі біологічні властивості. Агрегати, сформовані з 500 клітин, мали оптимальний діаметр, високу однорідність та забезпечували найвищу ефективність кардіоміогенної диференціації. Менші агрегати мали недостатню ефективність диференціювання, тоді як більші агрегати демонстрували ознаки зниження життєздатності, що може бути пов’язано з обмеженням дифузії кисню та поживних речовин. Отримані результати свідчать, що агрегати з діаметром у межах приблизно 150–300 мкм забезпечують оптимальні умови для міжклітинної сигналізації. Отже, контроль діаметра агрегатів є критично важливим параметром для підвищення ефективності диференціювання іПСК у кардіоміоцити та стандартизації 3D-культур.
Description
Control of the physical parameters of three-dimensional (3D) aggregates of induced pluripotent stem cells (iPSCs), particularly their diameter, is a critical factor for optimizing cell expansion and directed differentiation. In this study, we investigated the effect of initial cell seeding density on aggregate formation, size distribution, morphology, viability, and efficiency of cardiomyogenic differentiation. A direct relationship between the initial number of seeded cells and aggregate diameter was demonstrated. Aggregates of intermediate size exhibited the most favorable biological characteristics. In particular, aggregates formed from 500 cells showed an optimal diameter, high structural uniformity, and the highest efficiency of cardiomyocyte differentiation. Smaller aggregates demonstrated reduced differentiation efficiency, whereas larger aggregates showed decreased viability, which may be associated with limitations in oxygen and nutrient diffusion. Our results indicate that aggregates with diameters in the range of approximately 150–300 μm provide optimal conditions for cell–cell interactions and paracrine signaling. These conditions are likely to promote a balance between sufficient intercellular communication and effective mass transfer. In contrast, insufficient cell numbers in smaller aggregates may limit signaling interactions, while excessive size may lead to the formation of hypoxic regions and metabolic stress. Overall, the findings demonstrate that precise control of aggregate diameter is an important parameter for improving the efficiency and reproducibility of cardiomyogenic differentiation of mouse iPSCs and for standardizing 3D culture systems. The use of microwell-based culture platforms enabled the generation of homogeneous aggregates with controlled dimensions, supporting reproducible differentiation outcomes. These results may contribute to the optimization of protocols for cardiomyocyte production, scalable stem cell cultivation, and the development of cell-based technologies for regenerative medicine, disease modeling, and drug screening.
Keywords
іПСК, 3D-культура, клітинні агрегати, діаметр агрегатів, кардіоміоцити, диференціювання, стаття, iPSCs, 3D culture, cell aggregates, aggregate diameter, cardiomyocytes, differentiation
Citation
Будаш Г. В. Оптимізація умов формування 3D-агрегатів для експансії та кардіоміогенного диференціювання індукованих плюрипотентних стовбурових клітин миші / Будаш Г. В., Білько Д. І. // Наукові записки НаУКМА. Біологія і екологія. - 2026. - Т. 9. - С. 80-88. - https://doi.org/10.18523/2617-4529.2026.9.80-88