Park, Hwan-Woo;Oh, Soonyi;Lee, Kyung Hee;Lee, Bae Hwan;Chang, Mi-Sook
International Journal of Stem Cells
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제11권2호
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pp.177-186
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2018
Background and Objectives: Glial scarring and inflammation after spinal cord injury (SCI) interfere with neural regeneration and functional recovery due to the inhibitory microenvironment of the injured spinal cord. Stem cell transplantation can improve functional recovery in experimental models of SCI, but many obstacles to clinical application remain due to concerns regarding the effectiveness and safety of stem cell transplantation for SCI patients. In this study, we investigated the effects of transplantation of human mesenchymal stem cells (hMSCs) that were genetically modified to express Olig2 in a rat model of SCI. Methods: Bone marrow-derived hMSCs were genetically modified to express Olig2 and transplanted one week after the induction of contusive SCI in a rat model. Spinal cords were harvested 7 weeks after transplantation. Results: Transplantation of Olig2-expressing hMSCs significantly improved functional recovery in a rat model of contusive SCI model compared to the control hMSC-transplanted group. Transplantation of Olig2-expressing hMSCs also attenuated glial scar formation in spinal cord lesions. Immunohistochemical analysis showed that transplanted Olig2-expressing hMSCs were partially differentiated into Olig1-positive oligodendrocyte-like cells in spinal cords. Furthermore, NF-M-positive axons were more abundant in the Olig2-expressing hMSC-transplanted group than in the control hMSC-transplanted group. Conclusions: We suggest that Olig2-expressing hMSCs are a safe and optimal cell source for treating SCI.
Maolin Chang;Qianrou Chen;Beike Wang;Zhen Zhang;Guangli Han
International Journal of Stem Cells
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제16권2호
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pp.202-214
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2023
Background and Objectives: To investigate the role of exosomes from periodontal ligament cells (PDLCs) in bone marrow mesenchymal stem cell (BMSC) migration. Methods and Results: Human PDLCs were applied cyclic tension stretching. Exosomes were extracted from cultured PDLCs by ultracentrifugation, then characterized for their size, morphology and protein markers by NTA, TEM and western blotting. The process that PKH26-labeled exosomes taken up by BMSCs was assessed by confocal microscope. BMSC migration was examined by Transwell assay. Exosomes derived from PDLCs were identified. Cyclic tension stretch application on PDLCs can enhance the migration ability of BMSCs through exosomes. The exosomal miRNA expression profiles of unstretched and stretched PDLCs were tested by miRNA microarray. Four miRNAs (miR-4633-5p, miR-30c-5p, miR-371a-3p and let-7b-3p) were upregulated and six (miR-4689, miR-8485, miR-4655-3p, miR-4672, miR-3180-5p and miR-4476) were downregulated in the exosomes after stretching. Sixteen hub proteins were found in the miRNA-mRNA network. Gene Ontology and KEGG pathway analyses demonstrated that the target genes of differentially expressed exosomal miRNAs closely related to the PI3K pathway and vesicle transmission. Conclusions: The exosomes derived from cyclic tension-stretched PDLCs can promote the migration of BMSCs. Alternation of microRNA profiles provides a basis for further research on the regulatory function of the exosomal miRNAs of PDLCs during orthodontic tooth movement.
Diabetes mellitus, the most common metabolic disorder, is divided into two types: type 1 and type 2. The essential treatment of type 1 diabetes, caused by immune-mediated destruction of ${\beta}-cells$, is transplantation of the pancreas; however, this treatment is limited by issues such as the lack of donors for islet transplantation and immune rejection. As an alternative approach, stem cell therapy has been used as a new tool. The present study revealed that bone marrowderived mesenchymal stromal cells (BM-MSCs) could be transdifferentiated into pancreatic cells by the insertion of a key gene for embryonic development of the pancreas, the pancreatic and duodenal homeobox factor 1 (PDX1). To avoid immune rejection associated with xenotransplantation and to develop a new cell-based treatment, BM-MSCs from ${\alpha}$-1,3-galactosyltransferase knockout (GalT KO) pigs were used as the source of the cells. Transfection of the EGFP-hPDX1 gene into GalT KO pig-derived BM-MSCs was performed by electroporation. Cells were evaluated for hPDX1 expression by immunofluorescence and RT-PCR. Transdifferentiation into pancreatic cells was confirmed by morphological transformation, immunofluorescence, and endogenous pPDX1 gene expression. At 3~4 weeks after transduction, cell morphology changed from spindle-like shape to round shape, similar to that observed in cuboidal epithelium expressing EGFP. Results of RT-PCR confirmed the expression of both exogenous hPDX1 and endogenous pPDX1. Therefore, GalT KO pig-derived BM-MSCs transdifferentiated into pancreatic cells by transfection of hPDX1. The present results are indicative of the therapeutic potential of PDX1-expressing GalT KO pig-derived BM-MSCs in ${\beta}-cell$ replacement. This potential needs to be explored further by using in vivo studies to confirm these findings.
A major barrier to progress in pig to primate organ transplantation or cell therapy is the presence of terminal ${\alpha}$-1,3-galactosyl epitopes on the surface of pig cells. Therefore, the purpose of this experiment was to establish and cha- racterize mesenchymal stromal/stem cells (MSCs) derived from ${\alpha}$-1,3-galactosyltransferase (GalT) knock out (GalT KO) pig to confirm their potential for cell therapy. Bone marrow (BM)-MSCs from GalT KO pig of 1 month old were isolated by Ficoll-Paque PLUS gradient and cultured with A-DMEM + 10% FBS on plastic dishes in 5% $CO_2$ incubator at 38.5. GalT KO BM-MSCs were analyzed for the expression of CD markers ($CD45^-$, $29^+$, $90^+$ and $105^+$) and in vitro differentiation ability (adiopogenesis and osteogenesis). Further, cell proliferation capacity and cell aging of GalT KO BM-MSCs were compared to Wild BM-MSCs by BrdU incorporation assay (Roche, Germany) using ELISA at intervals of two days for 7 days. Finally, the cell size was also evaluated in GalT KO and Wild BM-MSCs. Statistical analysis was performed by T-test (P<0.05). GalT KO BM-MSCs showed fibroblast-like cell morphology on plastic culture dish at passage 1 and exhibited $CD45^-$, $29^+$, $90^+$ and $105^+$ expression profile. Follow in ginduction in StemPro adipogenesis and osteogenesis media for 3 weeks, GalT KO BM-MSCs were differentiated into adipocytes, as demonstrated by Oilred Ostaining of lipid vacuoles and osteocytes, as confirmed by Alizarinred Sstaining of mineral dispositions, respectively. BrdU incorporation assay showed a significant decrease in cell proliferation capacity of GalT KO BM-MSCs compared to Wild BM-MSCs from 3 day, when they were seeded at $1{\times}10^3$ cells/well in 96-well plate. Passage 3 GalT KO and Wild BM-MSCs at 80% confluence in culture dish were allowed to form single cells to calculate cell size. The results showed that GalT KO BM-MSCs($15.0{\pm}0.4{\mu}m$) had a little larger cell size than Wild BM-MSCs ($13.5{\pm}0.3{\mu}m$). From the above findings, it is summarized that GalT KO BM-MSCs possessed similar biological properties with Wild BM-MSCs, but exhibited a weak cell proliferation ability and resistance to cell aging. Therefore, GalT KO BM-MSCs might form a good source for cell therapy after due consideration to low proliferation potency in vitro.
The estrogen-mediated effect of mesenchymal stem cells (MSCs) is a highly critical factor for the clinical application of MSCs. However, the present study is conducted on MSCs derived from adult donors, which have different physiological status with steroid hormonal changes. Therefore, we explores the important role of $17{\beta}$-estradiol (E2) in MSCs derived from female and male newborn piglets (NF- and NM-pBMSCs), which are non-sexually matured donors with steroid hormones. The results revealed that in vitro treatment of MSCs with E2 improved cell proliferation, but the rates varied according to the gender of the newborn donors. Following in vitro treatment of newborn MSCs with E2, mRNA levels of Oct3/4 and Sox2 increased in both genders of MSCs and they may be correlated with both estrogen receptor ${\alpha}$ ($ER{\alpha}$) and $ER{\beta}$ in NF-pBMSCs, but NM-pBMSCs were only correlated with $ER{\alpha}$. Moreover, E2-treated NF-pBMSCs decreased in ${\beta}$-galactosidase activity but no influence on NM-pBMSCs. In E2-mediated differentiation capacity, E2 induced an increase in the osteogenic and chondrogenic abilities of both pBMSCs, but adipogenic ability may increased only in NF-pBMSCs. These results demonstrate that E2 could affect both genders of newborn donor-derived MSCs, but the regulatory role of E2 varies depending on gender-dependent characteristics even though the original newborn donors had not been affected by functional steroid hormones.
Xianyu Piao;Jung-Woo Kim;Moonjung Hyun;Zhao Wang;Suk-Gyun Park;In A Cho;Je-Hwang Ryu;Bin-Na Lee;Ju Han Song;Jeong-Tae Koh
BMB Reports
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제56권10호
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pp.545-550
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2023
Osteoporosis is a major public health concern, which requires novel therapeutic strategies to prevent or mitigate bone loss. Natural compounds have attracted attention as potential therapeutic agents due to their safety and efficacy. In this study, we investigated the regulatory activities of boeravinone B (BOB), a natural rotenoid isolated from the medicinal plant Boerhavia diffusa, on the differentiation of osteoclasts and mesenchymal stem cells (MSCs), the two main cell components responsible for bone remodeling. We found that BOB inhibited osteoclast differentiation and function, as determined by TRAP staining and pit formation assay, with no significant cytotoxicity. Furthermore, our results showing that BOB ameliorates ovariectomy-induced bone loss demonstrated that BOB is also effective in vivo. BOB exerted its inhibitory effects on osteoclastogenesis by downregulating the RANKL/RANK signaling pathways, including NF-κB, MAPK, and PI3K/Akt, resulting in the suppression of osteoclast-specific gene expression. Further experiments revealed that, at least phenomenologically, BOB promotes osteoblast differentiation of bone marrow-derived MSCs but inhibits their differentiation into adipocytes. In conclusion, our study demonstrates that BOB inhibits osteoclastogenesis and promotes osteoblastogenesis in vitro by regulating various signaling pathways. These findings suggest that BOB has potential value as a novel therapeutic agent for the prevention and treatment of osteoporosis.
One of the most extensively studied populations of multipotent adult stem cells are mesenchymal stem cells (MSCs). MSCs derived from the human umbilical cord vein (HUC-MSCs) are morphologically and immunophenotypically similar to MSCs isolated from bone marrow. HUC-MSCs are multipotent stem cells, differ from hematopoietic stem cells and can be differentiated into neural cells. Since neural tissue has limited intrinsic capacity of repair after injury, the identification of alternate sources of neural stem cells has broad clinical potential. We isolated mesenchymal-like stem cells from the human umbilical cord vein, and studied transdifferentiation-promoting conditions in neural cells. Dopaminergic neuronal differentiation of HUC-MSCs was also studied. Neural differentiation was induced by adding bFGF, EGF, dimethyl sulfoxide (DMSO) and butylated hydroxyanisole (BHA) in N2 medium and N2 supplement. The immunoreactive cells for $\beta$-tubulin III, a neuron-specific marker, GFAP, an astrocyte marker, or Gal-C, an oligodendrocyte marker, were found. HUC-MSCs treated with bFGF, SHH and FGF8 were differentiated into dopaminergic neurons that were immunopositive for tyrosine hydroxylase (TH) antibody. HUC-MSCs treated with DMSO and BHA rapidly showed the morphology of multipolar neurons. Both immunocytochemistry and RT-PCR analysis indicated that the expression of a number of neural markers including NeuroD1, $\beta$-tubulin III, GFAP and nestin was markedly elevated during this acute differentiation. While the stem cell markers such as SCF, C-kit, and Stat-3 were not expressed after neural differentiation, we confirmed the differentiation of dopaminergic neurons by TH/$\beta$-tubulin III positive cells. In conclusion, HUC-MSCs can be differentiated into dopaminergic neurons and these findings suggest that HUC-MSCs are alternative cell source of therapeutic treatment for neurodegenerative diseases.
최근 골수와 혈액으로 유래된 중간엽 줄기세포와 비슷한 능력을 가지는 것으로 알려진 지방 유래 중간엽줄기세포가 새로운 세포 치료제로 떠오르고 있다. 하지만 줄기세포를 이용하여 치료하려는 질병은 나이가 들어감에 따라 발병하는 퇴행성 질환들이 대부분인데, 노화가 진행됨에 따라 줄기세포의 능력이 차이가 있다고 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 노화가 일어남에 따라 발생되는 신경성 질환을 자가 유래 지방 중간엽 줄기세포를 이용하여 치료함에 있어서 노화가 진행됨에 따라 얻어진 지방줄기세포가 세포학적으로 변화는 없는지에 대해 줄기세포 성장능, 생존율과 신경세포로의 분화유도 능력을 비교하였다. 30대, 40대, 50대에서 사람 지방 유래 줄기세포를 분리 배양하여 연령별 계대에 따른 세포수와 생존율을 측정하고, 줄기세포 성장능력을 비교 분석하였고, 지방 줄기세포를 신경세포 배양 조건 하에서 10일 동안 배양하여 신경 분화능력을 연령별로 비교하였다. 실험결과, 세포수와 생존율, 세포 모양이 연령과 계대별에 의해 차이가 없다는 것을 확인하였다. 신경 분화 후 면역형광염색법을 통해 분석한 결과, 연령에 따른 신경 분화능력의 차이가 관찰되지 않았다. 분자 유전적학으로 신경세포 마커의 발현을 mRNA 수준에서 분석한 결과, 연령별 간의 차이가 몇 개의 유전자 발현을 제외하고는 차이가 발견되지 못했다. 하지만 계대가 진행될수록 50대군의 줄기세포에서 MAP2와 Sox2의 mRNA 발현이 30대군의 줄기세포에 비해 상대적으로 낮게 발현됨이 확인되었다. 결론적으로 자가 지방 중간엽 줄기세포의 신경세포 분화능력이 연령에 상관없이 차이가 없음이 관찰되었으며, 이는 나이 든 사람으로부터 얻어진 지방 줄기세포도 젊은 사람에서 얻어진 세포와 마찬가지 능력으로 자가 세포 치료제로 사용될 수 있다는 점을 말해주고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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