Improved Neural Inductivity of Size-Controlled 3D Human Embryonic Stem Cells Using Magnetic Nanoparticles

Boram Son; Sora Park; Sungwoo Cho; Jeong Ah Kim; Seung-Ho Baek; Ki Hyun Yoo; Dongoh Han; 주진명; 박희호; Tai Hyun Park

doi:10.34133/bmr.0011

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자료유형: 학술저널

저자정보: Boram Son (School of Chemical and Biological Engineering, Institute of Chemical Processes, Seoul National University) Sora Park (School of Chemical and Biological Engineering, Institute of Chemical Processes, Seoul National University) Sungwoo Cho (School of Chemical and Biological Engineering, Institute of Chemical Processes, Seoul National University) Jeong Ah Kim (Center for Scientific Instrumentation, Korea Basic Science Institute) Seung-Ho Baek (Center for Bio-based Chemistry, Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)) Ki Hyun Yoo (SIMPLE Planet Inc.) Dongoh Han (SIMPLE Planet Inc.) 주진명 (울산과학기술원) 박희호 (한양대학교) Tai Hyun Park (Department of Nutritional Science and Food Management, Ewha Womans University)

저널정보: 한국생체재료학회 생체재료학회지 Biomaterials Research Vol.28

발행연도: 2024.3

수록면: 115 - 131 (17page)

DOI: 10.34133/bmr.0011

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Background: To improve the efficiency of neural development from human embryonic stem cells, human embryoid body (hEB) generation is vital through 3-dimensional formation. However, conventional approaches still have limitations: long-term cultivation and laborious steps for lineage determination. Methods: In this study, we controlled the size of hEBs for ectodermal lineage specification using cell-penetrating magnetic nanoparticles (MNPs), which resulted in reduced time required for initial neural induction. The magnetized cells were applied to concentrated magnetic force for magnet-derived multicellular organization. The uniformly sized hEBs were differentiated in neural induction medium (NIM) and suspended condition. This neurally induced MNP-hEBs were compared with other groups. Results: As a result, the uniformly sized MNP-hEBs in NIM showed significantly improved neural inductivity through morphological analysis and expression of neural markers. Signaling pathways of the accelerated neural induction were detected via expression of representative proteins; Wnt signaling, dopaminergic neuronal pathway, intercellular communications, and mechanotransduction. Consequently, we could shorten the time necessary for early neurogenesis, thereby enhancing the neural induction efficiency. Conclusion: Overall, this study suggests not only the importance of size regulation of hEBs at initial differentiation stage but also the efficacy of MNP-based neural induction method and stimulations for enhanced neural tissue regeneration.

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