Sự bao bọc tế bào gốc trung mô trong vi cầu alginate kéo dài sự sống sau khi tiêm nội khớp, một nghiên cứu theo dõi tính toàn vẹn tế bào và viên dài hạn in vivo
Tóm tắt
Tế bào gốc trung mô (MSC) là ứng cử viên hứa hẹn cho việc sử dụng như một liệu pháp sinh học. Vì MSC được tiêm cục bộ sẽ biến mất trong vài tuần, chúng tôi giả thuyết rằng hiệu quả của MSC có thể được nâng cao bằng cách kéo dài sự hiện diện của chúng. Trước đây, việc bao bọc trong alginate đã được đề xuất như một phương pháp phù hợp cho mục đích này. Chúng tôi không tìm thấy sự khác biệt giữa hai loại alginate, alginate cao axit mannuronic (High M) và alginate cao axit guluronic (High G), về khả năng sống sót của MSC, khả năng điều biến miễn dịch của MSC, hoặc độ toàn vẹn của viên bao sau khi cấy ghép dưới da ở chuột rat có hệ miễn dịch hoàn thiện. High G được chứng minh là phù hợp hơn cho việc sản xuất viên tiêm. Tế bào MSC của chuột mang gen luciferase đom đóm đã được sử dụng để theo dõi khả năng sống sót của các tế bào MSC. Việc bao bọc trong alginate High G đã kéo dài sự hiện diện của MSC dị sinh hoạt động chuyển hóa trong chuột rat có hệ miễn dịch hoàn thiện bị viêm khớp do monoiodoacetate ít nhất là 8 tuần. Sự bao bọc tế bào MSC người để điều trị cục bộ qua tiêm nội khớp không có ảnh hưởng đáng kể đến tác động đối với cơn đau, viêm màng hoạt dịch hoặc tổn thương sụn trong mô hình bệnh này. Việc bao bọc MSC trong alginate cho phép một phương pháp tiêm thuốc kéo dài sự hiện diện của các tế bào sống dưới da hoặc trong khớp bị thoái hóa khớp. Cần tiếp tục điều chỉnh công thức alginate và liều lượng hiệu quả để cải thiện hiệu quả điều trị tùy thuộc vào bệnh lý mục tiêu.
Từ khóa
#các tế bào gốc trung mô #bao bọc alginate #tiêm nội khớp #viêm khớp thoái hóa #nghiên cứu in vivoTài liệu tham khảo
Choi S, Kim JH, Ha J, Jeong BI, Jung YC, Lee GS, et al. Intra-articular injection of alginate-microencapsulated adipose tissue-derived mesenchymal stem cells for the treatment of osteoarthritis in rabbits. Stem Cells Int. 2018;2018:2791632.
de Vos P, Faas MM, Strand B, Calafiore R. Alginate-based microcapsules for immunoisolation of pancreatic islets. Biomaterials. 2006;27:5603–17.
Diekman BO, Wu CL, Louer CR, Furman BD, Huebner JL, Kraus VB, et al. Intra-articular delivery of purified mesenchymal stem cells from C57BL/6 or MRL/MpJ superhealer mice prevents posttraumatic arthritis. Cell Transplant. 2013;22:1395–408.
Duvivier-Kali VF, Omer A, Parent RJ, O’Neil JJ, Weir GC. Complete protection of islets against allorejection and autoimmunity by a simple barium-alginate membrane. Diabetes. 2001;50:1698–705.
Estrada R, Li N, Sarojini H, An J, Lee MJ, Wang E. Secretome from mesenchymal stem cells induces angiogenesis via Cyr61. J Cell Physiol. 2009;219:563–71.
Farrell E, O'Brien FJ, Doyle P, Fischer J, Yannas I, Harley BA, et al. A collagen-glycosaminoglycan scaffold supports adult rat mesenchymal stem cell differentiation along osteogenic and chondrogenic routes. Tissue Eng. 2006;12:459–68.
Guenoun J, Ruggiero A, Doeswijk G, Janssens RC, Koning GA, Kotek G, et al. In vivo quantitative assessment of cell viability of gadolinium or iron-labeled cells using MRI and bioluminescence imaging. Contrast Media Mol Imaging. 2013;8:165–74.
Gupta PK, Chullikana A, Rengasamy M, Shetty N, Pandey V, Agarwal V, et al. Efficacy and safety of adult human bone marrow-derived, cultured, pooled, allogeneic mesenchymal stromal cells (Stempeucel®): preclinical and clinical trial in osteoarthritis of the knee joint. Arthritis Res Ther. 2016;18:301.
Huang WH, Chen HL, Huang PH, Yew TL, Lin MW, Lin SJ, et al. Hypoxic mesenchymal stem cells engraft and ameliorate limb ischaemia in allogeneic recipients. Cardiovasc Res. 2014;101:266–76.
Kang JW, Kang KS, Koo HC, Park JR, Choi EW, Park YH. Soluble factors-mediated immunomodulatory effects of canine adipose tissue-derived mesenchymal stem cells. Stem Cells Dev. 2008;17:681–93.
Khatab S, van Buul GM, Kops N, Bastiaansen-Jenniskens YM, Bos PK, Verhaar JA, et al. Intra-articular Injections of platelet-rich plasma releasate reduce pain and synovial inflammation in a mouse model of osteoarthritis. Am J Sports Med. 2018a;46:977–86.
Khatab S, van Osch GJ, Kops N, Bastiaansen-Jenniskens YM, Bos PK, Verhaar JA, et al. Mesenchymal stem cell secretome reduces pain and prevents cartilage damage in a murine osteoarthritis model. Eur Cell Mater. 2018b;36:218–30.
Kinnaird T, Stabile E, Burnett MS, Shou M, Lee CW, Barr S, et al. Local delivery of marrow-derived stromal cells augments collateral perfusion through paracrine mechanisms. Circulation. 2004;109:1543–9.
Koda M, Furuya T, Kato K, Mannoji C, Hashimoto M, Inada T, et al. Delayed granulocyte colony-stimulating factor treatment in rats attenuates mechanical allodynia induced by chronic constriction injury of the sciatic nerve. Spine (Phila Pa 1976). 2014;39:192–7.
Lamo-Espinosa JM, Mora G, Blanco JF, Granero-Molto F, Nunez-Cordoba JM, Sanchez-Echenique C, et al. Intra-articular injection of two different doses of autologous bone marrow mesenchymal stem cells versus hyaluronic acid in the treatment of knee osteoarthritis: multicenter randomized controlled clinical trial (phase I/II). J Transl Med. 2016;14:246.
Le Blanc K, Mougiakakos D. Multipotent mesenchymal stromal cells and the innate immune system. Nat Rev Immunol. 2012;12:383–96.
Lee KY, Mooney DJ. Alginate: properties and biomedical applications. Prog Polym Sci. 2012;37:106–26.
Leijs MJ, Villafuertes E, Haeck JC, Koevoet WJ, Fernandez-Gutierrez B, Hoogduijn MJ, et al. Encapsulation of allogeneic mesenchymal stem cells in alginate extends local presence and therapeutic function. Eur Cell Mater. 2017;33:43–58.
Levit RD, Landazuri N, Phelps EA, Brown ME, Garcia AJ, Davis ME, et al. Cellular encapsulation enhances cardiac repair. J Am Heart Assoc. 2013;2:e000367.
Lux J, Sherry AD. Advances in gadolinium-based MRI contrast agent designs for monitoring biological processes in vivo. Curr Opin Chem Biol. 2018;45:121–30.
Mak J, Jablonski CL, Leonard CA, Dunn JF, Raharjo E, Matyas JR, et al. Intra-articular injection of synovial mesenchymal stem cells improves cartilage repair in a mouse injury model. Sci Rep. 2016;6:23076.
Murphy JM, Fink DJ, Hunziker EB, Barry FP. Stem cell therapy in a caprine model of osteoarthritis. Arthritis Rheum. 2003;48:3464–74.
Pers YM, Rackwitz L, Ferreira R, Pullig O, Delfour C, Barry F, et al. Adipose mesenchymal stromal cell-based therapy for severe osteoarthritis of the knee: a phase I dose-escalation trial. Stem Cells Transl Med. 2016;5:847–56.
Pritzker KP, Gay S, Jimenez SA, Ostergaard K, Pelletier JP, Revell PA, et al. Osteoarthritis cartilage histopathology: grading and staging. Osteoarthritis Cartilage. 2006;14:13–29.
Prockop DJ. Repair of tissues by adult stem/progenitor cells (MSCs): controversies, myths, and changing paradigms. Mol Ther. 2009;17:939–46.
Prockop DJ, Oh JY. Medical therapies with adult stem/progenitor cells (MSCs): a backward journey from dramatic results in vivo to the cellular and molecular explanations. J Cell Biochem. 2012;113:1460–9.
Ren G, Zhang L, Zhao X, Xu G, Zhang Y, Roberts AI, et al. Mesenchymal stem cell-mediated immunosuppression occurs via concerted action of chemokines and nitric oxide. Cell Stem Cell. 2008;2:141–50.
Schu S, Nosov M, O'Flynn L, Shaw G, Treacy O, Barry F, et al. Immunogenicity of allogeneic mesenchymal stem cells. J Cell Mol Med. 2012;16:2094–103.
Serra M, Correia C, Malpique R, Brito C, Jensen J, Bjorquist P, et al. Microencapsulation technology: a powerful tool for integrating expansion and cryopreservation of human embryonic stem cells. PLoS ONE. 2011;6:e23212.
Shoichet MS, Li RH, White ML, Winn SR. Stability of hydrogels used in cell encapsulation: an in vitro comparison of alginate and agarose. Biotechnol Bioeng. 1996;50:374–81.
Sun J, Tan H. Alginate-based biomaterials for regenerative medicine applications. Materials (Basel). 2013;6:1285–309.
Takahashi S, Nakagawa K, Tomiyasu M, Nakashima A, Katayama K, Imura T, et al. Mesenchymal stem cell-based therapy improves lower limb movement after spinal cord ischemia in rats. Ann Thorac Surg. 2018;105:1523–30.
Ter Huurne M, Schelbergen R, Blattes R, Blom A, De Munter W, Grevers LC, et al. Antiinflammatory and chondroprotective effects of intraarticular injection of adipose-derived stem cells in experimental osteoarthritis. Arthritis Rheum. 2012;64:3604–13.
Timmers L, Lim SK, Hoefer IE, Arslan F, Lai RC, van Oorschot AA, et al. Human mesenchymal stem cell-conditioned medium improves cardiac function following myocardial infarction. Stem Cell Res. 2011;6:206–14.
van Buul GM, Farrell E, Kops N, van Tiel ST, Bos PK, Weinans H, et al. Ferumoxides-protamine sulfate is more effective than ferucarbotran for cell labeling: implications for clinically applicable cell tracking using MRI. Contrast Media Mol Imaging. 2009;4:230–6.
van Buul GM, Siebelt M, Leijs MJ, Bos PK, Waarsing JH, Kops N, et al. Mesenchymal stem cells reduce pain but not degenerative changes in a mono-iodoacetate rat model of osteoarthritis. J Orthop Res. 2014;32:1167–74.
van Buul GM, Villafuertes E, Bos PK, Waarsing JH, Kops N, Narcisi R, et al. Mesenchymal stem cells secrete factors that inhibit inflammatory processes in short-term osteoarthritic synovium and cartilage explant culture. Osteoarthritis Cartilage. 2012;20:1186–96.
von Bahr L, Batsis I, Moll G, Hagg M, Szakos A, Sundberg B, et al. Analysis of tissues following mesenchymal stromal cell therapy in humans indicates limited long-term engraftment and no ectopic tissue formation. Stem Cells. 2012;30:1575–8.
Wong M, Siegrist M, Wang X, Hunziker E. Development of mechanically stable alginate/chondrocyte constructs: effects of guluronic acid content and matrix synthesis. J Orthop Res. 2001;19:493–9.