Various tissues at in vivo are composed not only differentiated cells but also those that do not undergo differentiation. Such cell heterogeneity at in vivo plays a very imperative role regarding tissue regeneration. Actually, in vivo skeletal muscle tissues have cell heterogeneity including differentiated myotubes, myoblasts, and myosatellite cells. Cell heterogeneity can also exist at in vitro skeletal differentiation. In the case of C2C12 cells, when the differentiation proceeds, the cells are divided into two groups, one group progresses to differentiation into myotubes, the other group becomes reserve cells, which are known to play a role similar to myosatellite cells. Although the cell heterogeneity is inevitably present at in vitro skeletal differentiation, most previous research about in vitro skeletal muscle differentiation have not recognized the existence of these reserve cells or considered the cells but do not study about the characteristics of them. In this study, in vitro skeletal muscle differentiation model including cell heterogeneity was constructed by culturing myoblasts on a collagen pattern on a hydrogel. We used this model to identify the cell heterogeneity in each differentiation process at in vitro skeletal muscle differentiation. Also, by measuring the cell traction force, we identified that the different types of cells in the model exhibit different cell traction. Through these results, we identified the roles and physical characteristics of each cell during the skeletal muscle differentiation. The skeletal differentiation model and the physical properties of the cells during the differentiation identified in this study are expected to be useful for future studies on the in vitro skeletal muscle regeneration model and neuromuscular study.
생체 내의 여러 조직들은 분화가 완료된 세포로만 구성되어 있는 것이 아닌 분화가 진행되지 않은 세포 역시 포함하고 있다. 이러한 생체 내의 세포 불균일성은 조직 재생의 측면에서 보았을 때 매우 중요한 역할을 한다. 실제 생체 내 골격근 조직의 경우 분화가 완료된 근관세포, 근관세포로 분화하기 전 단계인 근아세포, 근위성세포를 포함한 세포 불균일성을 갖고 있다. 세포 불균일성은 생체 외 골격근 분화에서도 확인할 수 있다. C2C12 세포의 경우 분화 과정이 진행될 때 세포가 두 집단으로 나뉘어, 한 집단은 근관세포로의 분화과정이 진행되고, 다른 집단은 예비세포로 남아 생체 내의 근위성세포와 비슷한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 이렇듯 생체 외 골격근 분화에 있어서도 세포 불균일성은 필연적인 존재이지만 지금까지 이루어진 대부분의 생체 외 골격근 분화 모델 관련 연구들은 이러한 예비세포의 존재를 고려하지 않았거나, 고려하였더라도 그 특성에 대해 깊은 고찰이 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 하이드로젤 위에 콜라겐 패턴을 만들어 근아세포를 배양시키고 생체 외에서 예비세포를 포함하는 세포 불균일성을 모사한 골격근 분화 모델을 구축하였다. 이를 이용하여 생체 외 골격근 분화에서의 각 분화 과정에 존재하는 세포 불균일성을 파악하였다. 또한 세포 견인력 측정을 통하여 모델 내에 존재하는 서로 다른 종류의 세포들이 각기 다른 세포 견인력을 나타내고 있음을 확인하였으며, 이를 통해 골격근 분화 과정 중 각 세포의 역할과 물리적 특성들을 파악할 수 있었다. 본 연구에서의 생체 외 골격근 분화 모델과 분화 과정 중 세포 불균일성에 따른 물리적 특성은 추후에 생체 외 골격근 재생 모델 및 신경근육 관련 연구에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
