The fate of stem cells is determined by biochemical and biophysical cues that mimics the niche environments. Especially, as the micro/nanopatterning techniques are advanced, the topographical features have been widely studied to regulate the stem cell behaviors. In this study, we developed a multiscale hierarchical substrate (MHS) platform containing the nanopillar and microwrinkle. The MHS could enhance the cardiomyoblast differentiation of H9c2 by providing both microscale and nanoscale spatial controls to facilitate the cell elongation with alignment and the formation of focal adhesion. The platform was fabricated by nanopillar formation by the RIE etching of polystyrene sheets followed by simple wrinkling process. The nano- and micro dimensions can be independently tuned in a wide range. Through it, we could optimize the size of each component good for the cells. Intriguingly, we firstly observed the distinct alignment tendencies according to the obvious wrinkle wavelength differences. The cells were aligned attached on the ridge for the MWS under 12 μm wavelength, on the other hand, the cells were confined within the groove for the MWS above 12 μm. Taken together, by controlling the nano- and micro feature sizes independently, MHS platform can improve the cardiomyoblast differentiation through systematic investigation.
줄기 세포의 운명은 미세 환경을 모방하는 생화학적, 생물물리학적 인자에 의해 결정된다. 특히, 마이크로, 나노패터닝 기술의 발전에 따라 세포의 거동 조절을 위한 지형학적 특징이 널리 연구되고 있다. 이 연구에서 우리는 나노 기둥과 마이크로 주름을 포함하는 다중 스케일의 계층구조 기판 플랫폼을 개발하였다. 이 기판은 세포의 정렬 및 국소 접착 형성과 함께 세포의 길이 신장을 촉진하는 마이크로 및 나노 스케일의 공간 제어를 함께 제공함으로써, H9c2의 심근 세포 분화를 향상시킬 수 있었다. 위 구조체는 폴리스티렌 시트의 식각을 통해 나노 기둥을 형성한 후, 주름 공정을 통해 비교적 간단한 공정을 통해 제작되었다. 나노 기둥의 높이와 직경, 마이크로 주름의 파장과 진폭은 넓은 범위에서 독립적으로 조정될 수 있다. 이를 통해, 각 구성 요소의 크기를 세포의 분화 향상에 적합하게 최적화하였다. 더불어, 우리는 주름 파장 차이에 따른 차별화된 정렬 경향을 관찰할 수 있었다. 세포는 12 μm 파장에서 주름의 산마루 부분에 부착된 반면, 12 μm 이상의 파장을 갖는 주름 구조에서는 세포가 산마루 사이에 갇혀 자라는 것을 확인하였다. 우리는 이 연구에서 다중 스케일의 계층 구조를 통해 나노 및 마이크로 구조체의 크기를 독립적으로 제어함으로써, 증진된 심근세포 분화를 체계적으로 조사할 수 있었다.
