Sulfated glycosaminoglycans culture surface for cell manufacture and cell-based applications

Abstract

Heparan sulfate (HS) and heparin (HEP) are glycosaminoglycans known for their pivotal roles in regulating and enhancing growth factor availability, influencing various cellular functions including adhesion, proliferation, differentiation, and gene expression. While their individual use in cell culture is recognized for supporting the preservation of both exogenously added and endogenously secreted growth factors, their singular application has limitations. In this study, we propose a novel approach by combining HS and HEP with collagen (COL) to promote cell adhesion through integrin activity. We investigated the effectiveness of rHS/COL at different sulfation levels, demonstrating its capacity to release and regulate Sonic Hedgehog (SHH) ligand concentration by 5.3-fold and enhance ligand signaling strength within 120 hours of cell culture compared to a commercial surface. Additionally, rHS09/COL emerged as a promising alternative substrate for cell culture, ensuring cell growth in serum-free media conditions for 3 to 10 days, surpassing the growth rate of cells cultured on a commercial surface in 2% FBS media. These findings, attributed to the release of rHS/COL ligands and the prevention of growth factor degradation, address the challenges associated with manufacturing mesenchymal stem cells (MSCs), including rapid ligand degradation and the need for constant ligand replenishment to ensure cell growth. Our proposed cell substrate culture offers a cost-effective alternative, overcoming limitations associated with the availability of xeno-free media in the market.

El sulfato de heparán (HS) y la heparina (HEP) son glucosaminoglicanos conocidos por su papel fundamental en la regulación y mejora de la disponibilidad de factores de crecimiento, influenciando diversas funciones celulares como la adhesión, proliferación, diferenciación y expresión génica. Si bien su uso individual en el cultivo celular es reconocido por apoyar la preservación tanto de factores de crecimiento añadidos exógenamente como secretados endógenamente, su aplicación singular tiene limitaciones. En este estudio, proponemos un enfoque novedoso combinando HS y HEP con colágeno (COL) para promover la adhesión celular a través de la actividad de integrinas. Investigamos la efectividad de rHS/COL en diferentes niveles de sulfatación, demostrando su capacidad para liberar y regular la concentración del ligando de Sonic Hedgehog (SHH) en 5.3 veces y mejorar la fuerza de señalización del ligando dentro de las 120 horas de cultivo celular en comparación con una superficie comercial. Además, rHS09/COL surgió como un sustrato alternativo prometedor para el cultivo celular, asegurando el crecimiento celular en condiciones de medio libre de suero durante 3 a 10 días, superando la tasa de crecimiento de células cultivadas en una superficie comercial en medio al 2% de suero fetal bovino (FBS). Estos hallazgos, atribuidos a la liberación de ligandos rHS/COL y la prevención de la degradación de factores de crecimiento, abordan los desafíos asociados con la fabricación de células madre mesenquimales (MSC), incluida la rápida degradación de ligandos y la necesidad de constante reposición de ligandos para garantizar el crecimiento celular. Nuestro propuesto cultivo de sustrato celular ofrece una alternativa rentable, superando las limitaciones asociadas con la disponibilidad de medios libres de xenobióticos en el mercado.