We investigated the therapeutic effects of microRNA-139-5p in relation to osteoporosis of bone marrow-derived mesenchymal stem cell (BMSCs) and its underlying mechanisms. In this study we used a dexamethasone-induced in vivo model of osteoporosis and BMSCs were used for the in vitro model. Real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-PCR) and gene chip were used to analyze the expression of microRNA-139-5p. In an osteoporosis rat model, the expression of microRNA-139-5p was increased, compared with normal group. Down-regulation of microRNA-139-5p promotes cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Especially, up-regulation of microRNA-139-5p reduced cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Overexpression of miR-139-5p induced Wnt/β-catenin and down-regulated NOTCH1 signaling in BMSCs. Down-regulation of miR-139-5p suppressed Wnt/β-catenin and induced NOTCH1 signaling in BMSCs. The inhibition of NOTCH1 reduced the effects of anti-miR-139-5p on cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Activation of Wnt/β-catenin also inhibited the effects of anti-miR-139-5p on cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Taken together, our results suggested that the inhibition of microRNA-139-5p promotes osteogenic differentiation of BMSCs via targeting Wnt/β-catenin signaling pathway by NOTCH1.
Yi, TacGhee;Lee, Hyun-Joo;Cho, Yun-Kyoung;Jeon, Myung-Shin;Song, Sun U.
IMMUNE NETWORK
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v.14
no.1
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pp.54-65
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2014
Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent, with the ability to differentiate into different cell types. Additionally, the immunomodulatory activity of MSCs can downregulate inflammatory responses. The use of MSCs to repair injured tissues and treat inflammation, including in neuroimmune diseases, has been extensively explored. Although MSCs have emerged as a promising resource for the treatment of neuroimmune diseases, attempts to define the molecular properties of MSCs have been limited by the heterogeneity of MSC populations. We recently developed a new method, the subfractionation culturing method, to isolate homogeneous human clonal MSCs (hcMSCs). The hcMSCs were able to differentiate into fat, cartilage, bone, neuroglia, and liver cell types. In this study, to better understand the properties of neurally differentiated MSCs, gene expression in highly homogeneous hcMSCs was analyzed. Neural differentiation of hcMSCs was induced for 14 days. Thereafter, RNA and genomic DNA was isolated and subjected to microarray analysis and DNA methylation array analysis, respectively. We correlated the transcriptome of hcMSCs during neural differentiation with the DNA methylation status. Here, we describe and discuss the gene expression profile of neurally differentiated hcMSCs. These findings will expand our understanding of the molecular properties of MSCs and contribute to the development of cell therapy for neuroimmune diseases.
Cho, Hee-Yeon;Baik, Young-Ae;Jeon, Suyeon;Kwak, Yoon-Hae;Kweon, Hae Yong;Jo, You Young;Lee, Kwang Gill;Park, Young Hwan;Kang, Dongchul
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.27
no.2
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pp.303-311
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2013
In this study, we compared the efficiency of osteoblast differentiation media (ODM) containing three distinct reagent combinations in osteoblastic differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMSCs) in monolayer culture. In addition, we analyzed growth and differentiation of hBMSCs on silk scaffolds and examined the bone-forming activity of a nanofibrous silk scaffold in a tibia diaphysis defect model of a rat hind limb with intramedullary nailing. Although all three ODM increased alkaline phosphatase activity to a comparable extent, the ODM containing bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) was found to be significantly less effective in promoting mineral deposition than the others. Growth of hBMSCs on sponge-form silk scaffolds was faster than on nanofibrous ones, while osteoblastic differentiation was apparent in the cells grown on either type of scaffold. By contrast, bone formation was observed only at the edge of the nanofibrous scaffold implanted in the tibia diaphysis defect, suggesting that use of the silk scaffold alone is not sufficient for the reconstitution of the long bone defect. Since silk scaffolds can support cell growth and differentiation in vitro, loading MSCs on scaffolds might be necessary to improve the bone-forming activity of the scaffold in the long bone defect model.
Applications of bone marrow-derived mesenchymal stem cells in gene therapy have been hampered by the low efficiency of gene transfer to these cells. In current transduction protocols, retrovirus particles with foreign genes make only limited contact with their target cells by passive diffusion and have short life spans, thereby limiting the chances of viral infection. We theorized that mechanically agitating the virus-containing cell suspensions would increase the movement of viruses and target cells, resulting in increase of contact between them. Application of our mechanical agitation for transduction process has increased the absorption of retrovirus particles more than five times compared to the previous static method without changing cell growth rate and viability. The addition of a mechanical agitation step increased transduction efficiency to 42%, higher than that of any other previously-known static transduction protocol.
Objective : This study was designed to validate the cell trafficking efficiency of the in vivo bioluminescence image (BLI) study in the setting of transplantation of the luciferase expressing bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSC), which were delivered at each different time after transient middle cerebral artery occlusion (MCAO) in a mouse model. Methods : Transplanting donor BMSC were prepared by primary cell culture from transgenic mouse expressing luciferase (LUC). Transient focal infarcts were induced in 4-6-week-old male nude mice. The experiment mice were divided into five groups by the time of MSC transplantation : 1) sham-operation group, 2) 2-h group, 3) 1-day group, 4) 3-day group, and 5) 1-week group. BLI for detection of spatial distribution of transplanted MSC was performed by detecting emitted photons. Migration of the transplanted cells to the infarcted area was confirmed by histological examinations. Differences between groups were evaluated by paired t-test. Results : A focal spot of bioluminescence was observed at the injection site on the next day after transplantation by Signal intensity of bioluminescence. After 4 weeks, the mean signal intensities of 2-h, 1-day, 3-day, and 1-week group were $2.6{\times}10^7{\pm}7.4{\times}10^6$. $6.1{\times}10^6{\pm}1.2{\times}10^6$, $1.7{\times}10^6{\pm}4.4{\times}10^5$, and $8.9{\times}10^6{\pm}9.5{\times}10^5$, respectively. The 2-h group showed significantly higher signal intensity (p<0.01). The engrafted BMSC showed around the infarct border zones on immunohistochemical examination. The counts of LUC-positive cells revealed the highest number in the 2-h group, in agreement with the results of BLI experiments (p<0.01). Conclusion : In this study, the results suggested that the transplanted BMSC migrated to the infarct border zone in BLI study and the higher signal intensity of LUC-positive cells seen in 2 hrs after MSC transplantation in MCAO mouse model. In addition, noninvasive imaging in real time is an ideal method for tracking stem cell transplantation. This method can be widely applied to various research fields of cell transplantation therapy.
Park, Jae-Hyun;Ryu, Chung Heon;Kim, Mi Jin;Jeun, Sin-Soo
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.57
no.5
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pp.323-328
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2015
Objective : Malignant gliomas are the most common primary tumors of the central nervous system and the prognosis of patients with gliomas is poor. The combination of interferon-bata (IFN-${\beta}$) and temozolomide (TMZ) has shown significant additive antitumor effects in human glioma xenograft models. Considering that the poor survival of patients with human malignant gliomas relates partly to the inability to deliver therapeutic agents to the tumor, the tropism of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSC) for malignant gliomas can be exploited to therapeutic advantages. We investigated the combination effects of TMZ and MSCs that secrete IFN-${\beta}$ on gliomas. Methods : We engineered human MSCs to secret mouse IFN-${\beta}$ (MSC-IFN-${\beta}$) via adenoviral transduction and confirmed their secretory capacity using enzyme-linked immunosorbent assays. In vitro and in vivo experiments were performed to determine the effects of the combined TMZ and MSC-IFN-${\beta}$ treatment. Results : In vitro, the combination of MSC-IFN-${\beta}$ and TMZ showed significantly enhanced antitumor effects in GL26 mouse glioma cells. In vivo, the combined MSC-IFN-${\beta}$ and TMZ therapy significantly reduced the tumor size and improved the survival rates compared to each treatment alone. Conclusion : These results suggest that MSCs can be used as an effective delivery vehicle so that the combination of MSC-IFN-${\beta}$ and TMZ could be considered as a new option for the treatment of malignant gliomas.
Chuang Sun;Wei Li;Yanhong Li;Jian Chen;Huixian An;Guangwei Zeng;Tingting Wang;Yazhou Guo;Changying Wang
IMMUNE NETWORK
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v.22
no.6
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pp.49.1-49.15
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2022
Exosomes derived from mesenchymal stem cells (MSCs) could protect against myocardial infarction (MI). TLR4 is reported to play an important role in MI, while microRNA-182-5p (miR-182-5p) negatively regulates TLR4 expression. Therefore, we hypothesize that MSCs-derived exosomes overexpressing miR-182-5p may have beneficial effects on MI. We generated bone marrow mesenchymal stem cells (BM-MSCs) and overexpressed miR-182-5p in these cells for exosome isolation. H2O2-stimulated neonatal mouse ventricle myocytes (NMVMs) and MI mouse model were employed, which were subjected to exosome treatment. The expression of inflammatory factors, heart function, and TLR4 signaling pathway activation were monitored. It was found that miR-182-5p decreased TLR4 expression in BM-MSCs and NMVMs. Administration of exosomes overexpressing miR-182-5p to H2O2-stimulated NMVMs enhanced cell viability and suppressed the expression of inflammatory cytokines. In addition, they promoted heart function, suppressed inflammatory responses, and de-activated TLR4/NF-κB signaling pathway in MI mice. In conclusion, miR-182-5p transferred by the exosomes derived from BM-MSCs protected against MI-induced impairments by targeting TLR4.
Kim, Min-Su;Hong, Ju-Young;Hong, Su;Lee, Byung-Cheon;Nam, Chang-Hoon;Woo, Hee-Jong;Kang, Dae-In;Soh, Kwang-Sup
Journal of Pharmacopuncture
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v.11
no.1
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pp.5-12
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2008
Objectives : Showing that Bong-Han corpuscles(BHC) are suppliers of the stem cells in adulthood, and the Bong-Han ducts(BHD) are transportation routes of stem cells. Methods : BHC and BHD were obtained from the internal organ-surfaces of rats. The sliced BHC and BHD were immunostained with various stem cell markers. Extracellular matrices were also analyzed by immunohistochemistry. Result : The presence of mesenchymal stem cells was confirmed by the expression of Integrin beta 1, Collagen type 1 and Fibronectin. But CD54 was not expressed. The hematopoietic stem cell marker, Thy 1 was strongly expressed. BHDs showed Collagen type 1, Fibronectin, and vWF expression. Conclusion : Both hematopoietic and mesenchymal stem cell markers were expressed strongly in BHC similarly as in bone marrow. An endothelial cell marker(vWF) demonstrated the possibility of the stem cell transportation routes of BHD.
Objective: To investigate the stem cell-like characteristics of human periodontal ligament (PDL) stromal cells outgrown from orthodontically extracted premolars and to evaluate the potential for myogenic differentiation. Methods: PDL stromal cells were obtained from extracted premolars by using the outgrowth method. Cell morphological features, self-replication capability, and the presence of cell-surface markers, along with osteogenic, adipogenic, and chondrogenic differentiation, were confirmed. In addition, myogenic differentiation was induced by the use of 5-aza-2'-deoxycytidine (5-Aza) for DNA demethylation. Results: PDL stromal cells showed growth patterns and morphological features similar to those of fibroblasts. In contrast, the proliferation rates of premolar PDL stromal cells were similar to those of bone marrow and adipogenic stem cells. PDL stromal cells expressed surface markers of human mesenchymal stem cells (i.e., CD90 and CD105), but not those of hematopoietic stem cells (i.e., CD31 and CD34). PDL stromal cells were differentiated into osteogenic, adipogenic, and chondrogenic lineages. Myotube structures were induced in PDL stromal cells after 5-Aza pretreatment, but not in the absence of 5-Aza pretreatment. Conclusions: PDL stromal cells isolated from extracted premolars can potentially be a good source of postnatal stem cells for oromaxillofacial regeneration in bone and muscle.
Han Kyu Chae;Nayoung Suh;Myong Jin Jang;Yu Seon Kim;Bo Hyun Kim;Joomin Aum;Ha Chul Shin;Dalsan You;Bumsik Hong;Hyung Keun Park;Choung-Soo Kim
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.1
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pp.66-77
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2023
Background and Objectives: We compared the efficacy and safety of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMSC), delivered at different doses and via different injection routes in an animal model of chronic kidney disease. Methods and Results: A total of ninety 12-week-old rats underwent 5/6 nephrectomy and randomized among nine groups: sham, renal artery control (RA-C), tail vein control (TV-C), renal artery low dose (RA-LD) (0.5×106 cells), renal artery moderate dose (RA-MD) (1.0×106 cells), renal artery high dose (RA-HD) (2.0×106 cells), tail vein low dose (TV-LD) (0.5×106 cells), tail vein moderate dose (TV-MD) (1.0×106 cells), and tail vein high dose (TV-HD) (2.0×106 cells). Renal function and mortality of rats were evaluated after hBMSC injection. Serum blood urea nitrogen was significantly lower in the TV-HD group at 2 weeks (p<0.01), 16 weeks (p<0.05), and 24 weeks (p<0.01) than in the TV-C group, as determined by one-way ANOVA. Serum creatinine was significantly lower in the TV-HD group at 24 weeks (p<0.05). At 8 weeks, creatinine clearance was significantly higher in the TV-MD and TV-HD groups (p<0.01, p<0.05) than in the TV-C group. In the safety evaluation, we observed no significant difference among the groups. Conclusions: Our findings confirm the efficacy and safety of high dose (2×106 cells) injection of hBMSC via the tail vein.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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