Enhancing Diabetic Foot Ulcer Healing with Cardiac Stem Cell Sheets

Abstract

A diabetic foot ulcer (DFU), a significant complication of diabetes, is characterized as a full-thickness wound occurring below the ankle in individuals with diabetes. Present treatment protocols for DFU recommend debridement, infection control, revascularization, and pressure off-loading to promote healing. However, complications like ischemia, infection, neuropathy, and metabolic conditions frequently impede the healing process, posing a major challenge for both patients and healthcare professionals. Stem cells secrete various cytokines that promote cell recruitment, modulate the immune response, remodel the extracellular matrix (ECM), support angiogenesis, and aid in neuro-regeneration, all of which play crucial roles in the healing of wounds. This study reports the efficacy of cell sheets created using an encapsulation method utilizing cardiac stem cells (CSCs), which possess unique abilities to promote angiogenesis, immune regulation, anti-inflammation, and ECM formation. Additionally, the CSCs-based cell sheets promote wound healing by enhancing oxygen and nutrient delivery to the damaged tissue, thereby aiding in blood vessel formation. Unlike commonly known detachment techniques such as thermo-responsive, electro-responsive, pH-responsive, and magnetic-induced methods, we employ the encapsulation method. In this approach, cells are cultured on PET(polyethylene terephthalate) films to create cell sheets, which are then treated with fibrinogen and thrombin to form a gel. Incubation at 37°C for 30 minutes transfers the cell sheet into the fibrin gel. This process is repeated to achieve layering, and the effects of the layered cell sheets are evaluated through various in vitro methods.

당뇨병성 족부 궤양(DFU)은 당뇨병의 주요 합병증으로, 당뇨병 환자에서 발목 아래 발생하는 전층 상처로 정의된다. 현재 DFU 치료 가이드라인은 치유를 촉진하기 위해 변연 절제, 감염 관리, 재혈관화 및 압력 분산을 권장한다. 그러나 허혈, 감염, 신경병증 및 대사 장애와 같은 요인이 상처 치유를 방해하여 환자와 의료 제공자에게 중요한 도전 과제가 된다. 줄기 세포는 세포 유인, 면역 조절, 세포외 기질(ECM) 재구성, 혈관 생성 및 신경 재생을 촉진하는 사이토카인을 생성하고 방출하여 상처 치유 과정에 기여한다. 본 연구에서는 심장 줄기 세포(CSCs)를 이용한 캡슐화 방법으로 생성된 세포 시트의 효능을 보고한다. CSCs는 혈관 생성, 면역 조절, 항염증 및 세포외 기질(ECM) 형성을 촉진하는 독특한 능력을 지닌다. 개발된 CSCs 기반 세포 시트는 상처 부위에 산소와 영양소 공급을 촉진하여 혈관 형성을 가속화함으로써 상처 치유를 향상시킨다. 일반적으로 알려진 분리 기술인 열 반응성, 전기 반응성, pH 반응성 및 자기 유도 방법과는 달리, 캡슐화 방법을 적용한다. 이 방법에서는 세포를 PET 필름에서 배양하여 세포 시트를 생성한 후, 피브리노겐과 트롬빈으로 처리하여 젤을 형성한다. 37°C에서 30분 동안 배양하여 세포 시트를 피브린 젤로 전이하며, 이 과정을 반복하여 층을 형성한다. 층화된 세포 시트의 효과는 다양한 in vitro 방법을 통해 평가된다. 층화된 세포 시트의 효능을 확인함으로써 당뇨병성 발 궤양에 대한 직접 적용의 기초를 제공할 수 있다.