Osteoarthritis is a disease characterized by the progression of articular cartilage erosion, that increases pain during joint motion and reduces the ability to withstand mechanical stress, which in turn limits joint mobility and function. Damage to articular cartilage due to trauma or degenerative injury is considered a major cause of arthritis. Numerous studies and attempts have been made to regenerate articular cartilage. In the case of partial degenerative cartilage changes, microfracture and autologous chondrocyte implantation have been proposed as surgical treatment methods, but they have disadvantages such as insufficient mutual binding to the host cells, inaccurate cell delivery, and deterioration of healthy cartilage. Stem cell-based therapies have been developed to compensate for this. This review summarizes the drawbacks and consequences of various cartilage regeneration methods and describes the various attempts to treat cartilage damage. In addition, this review will discuss cartilage regeneration, particularly mesenchymal stem cell engineering-based therapies, and explore how to treat future cartilage regeneration using mesenchymal stem cells.
We applied an ellipsometric technique to get quantitative information about the thickness and refractive index of human Mesenchymal Stem Cells (hMSCs). The images of ellipsometric constants $\Delta$, $\Psi$ for the nucleus region and for the cell body region of hMSCs were obtained by using an Imaging Ellipsomter (IE) for their in vitro state. A numerical inversion method was applied to deduce the refractive index and the thickness of hMSCs from the measured $\Delta$, $\Psi$. Thus the images of the refractive index and those of the thickness of hMSCs for the nucleus region and for the cell body region are reported.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.3
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pp.1964-1971
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2015
Human bone marrow or human umbilical cord vein derived-mesenchymal stem cells (hBM-MSCs or hUC-MSCs) have known as a potentially useful cell type for clinical therapeutic applications. We investigated two-pore domain potassium (K2P) channels in these cells. K2P channels play a major role in setting the resting membrane potential in many cell types. Among them, TREK1 is targets of hydrogen, hypoxia, polyunsaturated fatty acids, antidepressant, and neurotransmitters. We investigated whether hBM-MSCs and hUC-MSCs express functional TREK1 channel using RT-PCR analysis and patch clamp technique. Potassium channel with a single channel conductance of 100 pS was found in hUC-MSCs and BM-MSCs and the channel was activated by membrane stretch (-5 mmHg ~ -15 mmHg), arachidonic acid ($10{\mu}M$) and intracellular acidosis (pH 6.0). These electrophysiological properties were similar to those of TREK1. Our results suggest that TREK1 is functionally present in hBM-MSCs and hUC-MSCs, where they contribute to its resting membrane potential.
Park, Soon-Jung;Jeon, Young-Joo;Kim, Ju-Mi;Shin, Jeong-Min;Chae, Jung-Il;Chung, Hyung-Min
Reproductive and Developmental Biology
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v.34
no.3
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pp.143-151
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2010
Pluripotency of human embryonic stem cell (hESC) is one of the most valuable ability of hESCs for applying cell therapy field, but also showing side effect, for example teratoma formation. When transplant multipotent stem cell, such as mesnchymal stem cell (MSC) which retains similar differentiation ability, they do not form teratoma in vivo, but there exist limitation of cellular source supply. Accordingly, differentiation of hESC into MSC will be promising cellular source with strong points of both hESC and MSC line. In this study, we described the derivation of MSC like cell population from feeder free cultured hESC (hESC-MSC) using direct differentiation system. Cells population, hESC-MSC and bone marrow derived MSC (BM-MSC) retained similar characteristics in vitro, such as morphology, MSC specific marker expression and differentiation capacity. At the point of differentiation of both cell populations, differentiation rate was slower in hESC-MSC than BM-MSC. As these reason, to verify differentially expressed molecular condition of both cell population which bring out different differentiation rate, we compare the molecular condition of hESC-MSC and BM-MSC using 2-D proteomic analysis tool. In the proteomic analysis, we identified 49 differentially expressed proteins in hESC-MSC and BM-MSC, and they involved in different biological process such as positive regulation of molecular function, biological process, cellular metabolic process, nitrogen compound metabolic process, macromolecule metabolic process, metabolic process, molecular function, and positive regulation of molecular function and regulation of ubiquitin protein ligase activity during mitotic cell cycle, cellular response to stress, and RNA localization. As the related function of differentially expressed proteins, we sought to these proteins were key regulators which contribute to their differentiation rate, developmental process and cell proliferation. Our results suggest that the expressions of these proteins between the hESC-MSC and BM-MSC, could give to us further evidence for hESC differentiation into the mesenchymal stem cell is associated with a differentiation factor. As the initial step to understand fundamental difference of hESC-MSC and BM-MSC, we sought to investigate different protein expression profile. And the grafting of hESC differentiation into MSC and their comparative proteomic analysis will be positively contribute to cell therapy without cellular source limitation, also with exact background of their molecular condition.
Background: Loss of cardiomyocytes in the myocardial infarction leads to regional contractile dysfunction, and necrotized cardiomyocytes in infracted ventricular tissues are progressively replaced by fibroblasts forming scar tissue. Although cardiomyoplasty, or implantation of ventricular assist device or artificial heart was tried in refractory heart failure, the cardiac transplantation was the only therapeutic modality because these other therapeutic strategies were not permanent. Cell transplantation is tried instead of cardiac transplantation, especially bone marrow is the most popular donated organ. But because bone marrow aspiration procedure is invasive and painful, and it had the fewer amounts of cellular population, the adipose tissue is recommended for harvesting of mesenchymal stem cells. Material and Method: After adipose tissues were extracted from abdominal subcutaneous adipose tissue and intra-abdominal adipose tissue individually, the cellular components were obtained by same method. These cellular components were tried to transformation with the various titers of 5-azacytidine to descript the appropriate concentration of 5-azacytidine and possibility of transformation ability of adipose tissue. Group 1 is abdominal subcutaneous adipose tissue and Group 2 is intra-abdominal adipose tissue-retroperitoneal adipose tissue and omentum. Cellular components were extracted by collagenase and $NH_4Cl$ et al, and these components were cultured by non-induction media - DMEM media containing 10% FBS and inducted by none, $3{\mu}mol/L,\;6{\mu}mol/L,\;and\;9{\mu}mol/L$ 5-azacytidine after the 1st and 2nd subculture. After 4 weeks incubation, tile cell blocks were made, immunostaining was done with the antibodies of CD34, heavy myosin chain, troponin T, and SMA. Result: Immunostaining of the transformed cells for troponin T was positive in the $6{\mu}mol/L\;&\;9{\mu}mol/L$ 5-azacytidine of Group 1 & 2, but CD34 and heavy myosin chain antibodies were negative and SMA antibody was positive in the $3{\mu}mol/L\;&\;6{\mu}mol/L$ 5-azacytidne of Group 2. Conclusion: These observations confirm that adult mesenchymal stem cells isolated from the abdominal subcutaneous adipose tissues and intra-abdominal adipose tissues can be chemically transformed into cardiomyocytes. This can potentially be a source of autologous cells for myocardial repair.
Choi, Jeong Su;Park, Sang Yong;Yang, Man Gil;Lee, Dong Beom;Lee, Tae Bok;Heo, Ji Hye;Lee, Min Woo;Kim, Suhng Wook
Korean Journal of Clinical Laboratory Science
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v.48
no.3
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pp.169-175
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2016
Saccharin (o-benzoic sulfimide) is the first artificial and non-caloric sweetener that was first synthesized in 1879. In this study, we examined the biological activity of saccharin against various human cancer cell lines and human bone marrow-derived mesenchymal stem cells. A viability assay based on the conversion of 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) was performed to test for the cytotoxicity of saccharin about the four human cancer cell lines (H460, H157, A549 and SKOV3), one murine cancer cellline (Raw264.7), and MSCs. In order to find the differentially expressed gene in saccharin-treated MSCs against untreated MSCs, we performed annealing control primer (ACP)-based differential display reverse transcriptionp-olymerase chain reaction (DDRT-PCR). All tested cells were treated with saccharin at various concentrations (0.0, 4.8, 7.2, 9.6, 12.0, 14.4 mg/mL) for 48 hr. The number of metabolically active cancer cells decreased when treated with the saccharin at various concentrations for 48 hr as compared with the untreated cells. The decrease in cell survival was more evident with increasing concentrations of saccharin. Moreover, novel candidate genes, which were differentially expressed in MSCs in response to saccharin, were identified in 16 bands on 2% agarose gel. This revealed 16-7 up-regulated and 9 down-regulated-differentially expressed genes indicated by arrows. One of these candidate genes was a FK506-binding protein gene. The functional roles of FK506 binding proteins, with respect to the activities of stem cell proliferation, were not characterized. Further studies are required to get a better understanding of FK506-binding proteins in its roles in increasing stem cell proliferative activities from using saccharin.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.8
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pp.618-626
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2019
Stem cell therapy is not expected to bestow any therapeutic benefit because of the low engraftment rates after transplantation.Various cell-carrying scaffolds have been developed in order to overcome this problem. When the scaffold is formed by 3-dimensional (3D) printing, it is possible to create various shapes of scaffolds for specific regions of injury. At the same time, scaffolds provide stem cells as therapeutic-agents and mechanically support an injured region. PCL is not only cost effective, but it is also a widely used material for 3D printing. Therefore, rapid and economical technology development can be achieved when PCL is printed and used as a cell carrier. Yet PCL materials do not perform well as cell carriers, and only a few cells survive on the PCL surface. In this study, we tried to determine the conditions that maximize the cell-loading capacity on the PCL surface to overcome this issue. By applying a plasma treated condition and then collagen coating known to improve the cell loading capacity, it was confirmed that the 3% collagen coating after plasma treatment showed the best cell engraftment capacity during 72 hours after cell loading. By applying the spheroid cell culture method and scaffold structure change, which can affect the cell loading ability, the spheroid cell culture methods vastly improved cell engraftment, and the scaffold structure did not affect the cell engraftment properties. We will conduct further experiments using PCL material as a cell carrier and as based the excellent results of this study.
Park, So-Yeon;Kim, Sung-Jin;Lee, Won-Woo;Lee, Heui-Ran;Kim, Hyun-Joo;Chung, June-Key;Kim, Sang-Eun
Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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v.42
no.5
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pp.394-400
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2008
Purpose: Quantitative comparison of transgene expression within stem cells between lentivirus and adenovirus-mediated delivery systems has not been reported. Here, we evaluated the human sodium iodide symporter (hNIS) gene expression in rat mesenchymal stem cell (rMSC) transduced by lentivirus or adenovirus, and compared the hNIS expression quantitatively between the two delivery systems. Materials and Methods: Lentiviral-mediated hNIS expressing rMSC (lenti-hNIS-rMSC) was constructed by cloning hNIS gene into pLenti6/UbC/V5-DEST (Invitrogen) to obtain pLenti-hNIS, transducing rMSC with the pLenti-hNIS, and selecting with blasticidin for 3 weeks. Recombinant adenovirus expressing hNIS gene (Rad-hNIS) was produced by homologous recombination and transduction efficiency of Rad-hNIS into rMSC evaluated by Rad-GFP was $19.1{\pm}4.7%$, $54.0{\pm}6.4%$, $85.7{\pm}8.7%$, and $98.4{\pm}1.3%$ at MOI 1, 5, 20, and 100, respectively. The hNIS expressions in lenti-hNIS-rMSC or adeno-hNIS-rMSC were assessed by immunocytochemistry, western blot, and 1-125 uptake. Results: Immunocytochemistry and western blot analyses revealed that hNIS expressions in lenti-hNIS-rMSC were greater than those in adeno-hNIS-rMSC at MOI 20 but lower than at MOI 50. However in vitro 1-125 uptake test demonstrated that iodide uptake in lenti-hNIS-rMSC ($29,704{\pm}6,659\; picomole/10^6\;cells$) was greater than that in adeno-hNIS-rMSC at MOI 100 ($6,168{\pm}2,134\;picomole/10^6\;cells$). Conclusion: Despite lower amount of expressed protein, hNIS function in rMSC was greater by lentivirus than by adenovirus mediated expression. Stem cell tracking using hNIS as a reporter gene should be conducted in consideration of relative vector efficiency for transgene expression.
Kim, Young-Ki;Lee, Seung-Yong;Park, Se-Jin;Lee, Scott-S.;Kim, Jin-Hyun;Lee, Hee-Chun;Chang, Hong-Hee;Lee, Hyo-Jong;Yeon, Seong-Chan
Journal of Veterinary Clinics
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v.28
no.1
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pp.122-127
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2011
A 5-year old, intact male, Cocker spaniel dog was referred with paraplegia and loss of deep pain perception. Physical, neurological examinations, radiography, and computed tomography were evaluated. Based on the clinical examinations, the dog was diagnosed with severe disc herniation ($L_2$ to $L_3$ intervertebral disc space). On the next day of presentation (6 days after loss of deep pain perception), hemilaminectomy was performed. After decompression of spinal cord and removal of herniated disc materials, $1{\times}10^6$ canine allogenic adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (MSCs) diluted by $50{\mu}l$ saline were directly applied to the injured site of the spinal cord. Ten weeks of follow-up after surgery, full recovery of deep pain perception and motor function were evaluated in both hind limbs. Based on the result, we suggest that the transplantation of allogenic adipose tissue-derived MSCs to dogs with spinal cord injuries could be a considerable method to expect better clinical outcomes in veterinary practice.
Human umbilical Mesenchymal Stem Cell(uMSC) has been known as one of major component to regenerate connective tissues such as bone, cartilage, fat and others. The effect of low(5%), normotensive(20%) oxygen and freezing-thawing damage on proliferation of uMSC were investigated. low oxygen concentration culture of uMSC resulted in enhanced proliferation significantly($p$ <0.05) than 20% of oxygen culture. After the freezing-thawing injury to uMSC, 5% oxygen culture showed marked proliferation of uMSC than that of 20% oxygen($p$ <0.05) in the 5th passage of uMSC. Expression of antioxidant enzymes such as superoxide anion 1 and glutathione peroxidase 1 appeared marked in 20% oxygen cultured uMSC, which suggest oxidative stress could induce less proliferation of uMSC. Above findings would suggest proliferation of uMSC in 5% of oxygen will give more yields.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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