Ảnh hưởng của các chế phẩm đệm tới sự tăng sinh, khả năng phân biệt và sự mở rộng in vitro của các tế bào gốc trung mô
Tóm tắt
Các tế bào gốc trung mô (MSCs) có tiềm năng lớn trong ứng dụng y học tái tạo. Tuy nhiên, việc ứng dụng lâm sàng của chúng có thể bị hạn chế bởi khả năng mở rộng số lượng tế bào in vitro trong khi vẫn duy trì được tiềm năng phân hóa và các đặc tính của tế bào gốc. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là kiểm tra ảnh hưởng của một loạt các chất bổ sung trong môi trường nuôi cấy đến khả năng tự tái tạo và phân hóa của MSC. Các tế bào được nuôi cấy cho đến khi đạt đến mật độ tối đa và được tiếp tục cấy chuyền cho đến khi đạt đến giai đoạn lão hóa. Việc bổ sung môi trường với yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi (FGF)-2, yếu tố tăng trưởng nguồn gốc tiểu cầu (PDGF)-BB, axit ascorbic (AA), và yếu tố tăng trưởng biểu bì (EGF) không chỉ làm tăng tốc độ tăng sinh mà còn tăng đáng kể số lần phân chia tế bào trước khi đạt đến giai đoạn lão hóa, với sự gia tăng tổng số tế bào hơn 1.000 lần đối với AA, FGF-2, và PDGF-BB so với các văn hóa đối chứng. Nuôi cấy dài hạn liên quan đến việc mất tiềm năng phân hóa thành tế bào xương/tế bào mỡ, đặc biệt là với sự bổ sung FGF-2 nhưng cũng với AA, EGF và PDGF-BB. Ngoài ra, FGF-2 đã làm giảm biểu hiện của CD146 và phosphatase kiềm, nhưng điều này có thể phục hồi một phần khi loại bỏ chất bổ sung. Các tế bào biểu hiện các dấu hiệu bề mặt bao gồm CD146, CD105, CD44, CD90 và CD71 được xác định bằng phương pháp phân tích dòng xuyên suốt, và sự biểu hiện của các dấu hiệu tế bào gốc này vẫn tồn tại ngay cả sau khi mất tiềm năng phân hóa. Tổng thể, việc bổ sung môi trường với FGF-2, AA, EGF và PDGF-BB đã tăng cường đáng kể khả năng mở rộng tổng thể in vitro của các văn hóa MSC, mặc dù tiềm năng phân hóa bị mất trước khi đạt đến lão hóa. Mất tiềm năng phân hóa không được phản ánh bằng sự thay đổi trong biểu hiện các dấu hiệu bề mặt tế bào gốc.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Pittenger, 1999, Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells, Science, 284, 143, 10.1126/science.284.5411.143
Horwitz, 2002, Isolated allogeneic bone marrow-derived mesenchymal cells engraft and stimulate growth in children with osteogenesis imperfecta: Implications for cell therapy of bone, Proc Natl Acad Sci USA, 99, 8932, 10.1073/pnas.132252399
Quarto, 2001, Repair of large bone defects with the use of autologous bone marrow stromal cells, N Engl J Med, 344, 385, 10.1056/NEJM200102013440516
Hernigou, 2005, Percutaneous autologous bone-marrow grafting for nonunions. Influence of the number and concentration of progenitor cells, J Bone Joint Surg Am, 87, 1430
Lee, 2010, Successful reconstruction of 15-cm segmental defects by bone marrow stem cells and resected autogenous bone graft in central hemangioma, J Oral Maxillofac Surg, 68, 188, 10.1016/j.joms.2009.08.031
Mesimäki, 2009, Novel maxillary reconstruction with ectopic bone formation by GMP adipose stem cells, Int J Oral Maxillofac Surg, 38, 201, 10.1016/j.ijom.2009.01.001
Le Blanc, 2008, Mesenchymal stem cells for treatment of steroid-resistant, severe, acute graft-versus-host disease: A phase II study, Lancet, 371, 1579, 10.1016/S0140-6736(08)60690-X
Behre, 2009, Reply to “The correlation between cotransplantation of mesenchymal stem cells, higher recurrence rates in hematologic malignancy patients: Outcome of a pilot clinical study” by Ning et al, Leukemia, 178, 21579
Timmers, 2011, Human mesenchymal stem cell-conditioned medium improves cardiac function following myocardial infarction, Stem Cell Res, 6, 206, 10.1016/j.scr.2011.01.001
Amado, 2005, Cardiac repair with intramyocardial injection of allogeneic mesenchymal stem cells after myocardial infarction, Proc Natl Acad Sci USA, 102, 11474, 10.1073/pnas.0504388102
Kharaziha, 2009, Improvement of liver function in liver cirrhosis patients after autologous mesenchymal stem cell injection: A phase I-II clinical trial, Eur J Gastroenterol Hepatol, 21, 1199, 10.1097/MEG.0b013e32832a1f6c
Tfilin, 2010, Mesenchymal stem cells increase hippocampal neurogenesis and counteract depressive-like behavior, Mol Psychiatry, 15, 1164, 10.1038/mp.2009.110
Dwyer, 2010, Advances in mesenchymal stem cell-mediated gene therapy for cancer, Stem Cell Res Ther, 1, 25, 10.1186/scrt25
Bernardo, 2007, Optimization of in vitro expansion of human multipotent mesenchymal stromal cells for cell-therapy approaches: Further insights in the search for a fetal calf serum substitute, J Cell Physiol, 211, 121, 10.1002/jcp.20911
Sotiropoulou, 2006, Characterization of the optimal culture conditions for clinical scale production of human mesenchymal stem cells, Stem Cells, 24, 462, 10.1634/stemcells.2004-0331
Both, 2007, A rapid and efficient method for expansion of human mesenchymal stem cells, Tissue Eng, 13, 3, 10.1089/ten.2005.0513
Tsutsumi, 2001, Retention of multilineage differentiation potential of mesenchymal cells during proliferation in response to FGF, Biochem Biophys Res Commun, 288, 413, 10.1006/bbrc.2001.5777
Solchaga, 2005, FGF-2 enhances the mitotic and chondrogenic potentials of human adult bone marrow-derived mesenchymal stem cells, J Cell Physiol, 203, 398, 10.1002/jcp.20238
Martin, 1997, Fibroblast growth factor-2 supports ex vivo expansion and maintenance of osteogenic precursors from human bone marrow, Endocrinology, 138, 4456, 10.1210/endo.138.10.5425
Bianchi, 2003, Ex vivo enrichment of mesenchymal cell progenitors by fibroblast growth factor 2, Exp Cell Res, 287, 98, 10.1016/S0014-4827(03)00138-1
Tamama, 2006, Epidermal growth factor as a candidate for ex vivo expansion of bone marrow–derived mesenchymal stem cells, Stem Cells, 24, 686, 10.1634/stemcells.2005-0176
Pricola, 2009, Interleukin-6 maintains bone marrow-derived mesenchymal stem cell stemness by an ERK1/2-dependent mechanism, J Cell Biochem, 108, 577, 10.1002/jcb.22289
Kumar, 2010, Platelet-derived growth factor receptor signaling is not involved in osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells, Tissue Eng Part A, 16, 983, 10.1089/ten.tea.2009.0230
Gharibi, 2011, Adenosine receptor subtype expression and activation influence the differentiation of mesenchymal stem cells to osteoblasts and adipocytes, J Bone Miner Res, 26, 2112, 10.1002/jbmr.424
Neubauer, 2004, Basic fibroblast growth factor enhances PPARgamma ligand-induced adipogenesis of mesenchymal stem cells, FEBS Lett, 577, 277, 10.1016/j.febslet.2004.10.020
Ito, 2008, FGF-2 increases osteogenic and chondrogenic differentiation potentials of human mesenchymal stem cells by inactivation of TGF-β signaling, Cytotechnology, 56, 1, 10.1007/s10616-007-9092-1
Lai, 2011, Fibroblast growth factor 2 (Fgf2) inhibits differentiation of mesenchymal stem cells by inducing Twist2 and Spry4, blocking extracellular regulated kinase activation, and altering Fgf receptor expression levels, Stem Cells, 29, 1102, 10.1002/stem.661
Osathanon, 2011, Basic fibroblast growth factor inhibits mineralization but induces neuronal differentiation by human dental pulp stem cells through a FGFR and PLCγ signaling pathway, J Cell Biochem, 112, 1807, 10.1002/jcb.23097
Hayflick, 1961, The serial cultivation of human diploid cell strains, Exp Cell Res, 25, 585, 10.1016/0014-4827(61)90192-6
Alves, 2010, A link between the accumulation of DNA damage and loss of multi-potency of human mesenchymal stromal cells, J Cell Mol Med, 14, 2729, 10.1111/j.1582-4934.2009.00931.x
Galderisi, 2009, In vitro senescence of rat mesenchymal stem cells is accompanied by downregulation of stemness-related and DNA damage repair genes, Stem Cells Dev, 18, 1033, 10.1089/scd.2008.0324
Cheng, 2011, Replicative senescence of human bone marrow and umbilical cord derived mesenchymal stem cells and their differentiation to adipocytes and osteoblasts, Mol Biol Rep, 38, 5161, 10.1007/s11033-010-0665-2
Chamberlain, 2007, Concise review: Mesenchymal stem cells: Their phenotype, differentiation capacity, immunological features, and potential for homing, Stem Cells, 25, 2739, 10.1634/stemcells.2007-0197
Dominici, 2006, Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement, Cytotherapy, 8, 315, 10.1080/14653240600855905
Flores-Torales, 2010, The CD271 expression could be alone for establisher phenotypic marker in bone marrow derived mesenchymal stem cells, Folia Histochem Cytobiol, 48, 682