The trans-differentiation potential of mesenchymal stem cells (MSCs) is employed, but there is little understanding of the cell source-dependent trans-differentiation potential of MSCs into corneal epithelial cells. In the present study, we induced trans-differentiation of MSCs derived from umbilical cord matrix (UCM-MSCs) and from dental tissue (D-MSCs), and we comparatively evaluated the in vitro trans-differentiation properties of both MSCs into corneal epithelial-like cells. Specific cell surface markers of MSC (CD44, CD73, CD90, and CD105) were detected in both UCM-MSCs and D-MSCs, but MHCII and CD119 were significantly lower (P < 0.05) in UCM-MSCs than in D-MSCs. In UCM-MSCs, not only expression levels of Oct3/4 and Nanog but also proliferation ability were significantly higher (P < 0.05) than in D-MSCs. In vitro differentiation abilities into adipocytes and osteocytes were confirmed for both MSCs. UCM-MSCs and D-MSCs were successfully trans-differentiated into corneal epithelial cells, and expression of lineage-specific markers (Cytokeratin-3, -8, and -12) were confirmed in both MSCs using immunofluorescence staining and qRT-PCR analysis. In particular, the differentiation capacity of UCM-MSCs into corneal epithelial cells was significantly higher (P < 0.05) than that of D-MSCs. In conclusion, UCM-MSCs have higher differentiation potential into corneal epithelial-like cells and have lower expression of CD119 and MHC class II than D-MSCs, which makes them a better source for the treatment of corneal opacity.
비록 PM2.5 노출과 다양한 안구 표면 질환과 관련성이 많은 선행 연구에서 알려졌지만, PM2.5 가 각막에 미치는 세포 독성에 대한 연구는 거의 수행되지 않았다. 본 연구의 목적은 PM에 의한 각막 상피세포의 유해성을 평가하기 위한 in vitro 모델로서 쥐의 각막유래 상피세포(primary rat corneal epithelial cells, RCE cells)의 효능을 조사하는 것이다. 이를 위하여 쥐의 눈에서 분리한 1차 배양 세포가 각막 상피세포임을 pan-cytokeratin 염색을 통하여 확인하였으며, PM2.처리에 의한 각막 상피세포의 형태학적 변화를 동반한 생존율의 억제는 세포사멸 유도와 관련이 있었다. 또한 PM2.가 처리된 각막 상피세포에서는 ROS의 생성이 증가되었으며, 이는 미토콘드리아 기능 장애와 연관성이 있었다. 이와 함께 PM2.는 각막 상피세포에서 NO, TNF-α, IL-1β 및 IL-6를 포함한 염증 매개인자 및 사이토카인의 생성을 증가시켰다. 아울러 heatmap 분석을 통해 BLNK, IL-1RA, Itga2b, ABCb1a 및 Ptgs2가 미세먼지 유도 안구 질환의 임상 치료를 위한 잠재적인 표적 유전자로서 제시하였다. 결론적으로 본 연구의 결과는 1차 쥐의 각막 상피세포가 PM2.에 의한 각막 상피세포 병리기전 연구에 유용한 모델일 수 있으며, 산화적 및 염증성 반응이 PM2.유발 안구 표면 장애 유도에 핵심적인 역할을 함을 알 수 있었다.
사람의 각막상피 세포를 배양하여 각막상피가 저절로 탈락해 나가는 과정을 이해하기 위해 무 혈청 배지에서 세포를 1주일 동안 배양하여 시간의 경과에 따른 세포의 소실과정을 조사하였다. 사람 각막상피 세포 주를 무 혈청 배지에서 배양하여 1, 2, 3, 6일에 세포의 형태적 관찰과 세포고사(Apoptosis) 정도를 측정하기 위해 Giemsa 염색, Hoechst 33342 형광 염색, 그리고 TUNEL(TdT-dUTP terminal nick-end labelling) assay를 시행하였다. 무 혈청 배지에서 세포를 배양하연 시간이 지남에 따라 세포의 모양이 변하였으며 망상의 세포 군집을 형성하였다. 많은 세포가 부유하여 작은 소체를 형성하였으며 세포고사 율은 3일 경과 후 50%를 나타냈다. 또한 TUNEL assay에 의해 단편화된 DNA도 관찰할 수 있었다. 본 연구의 결과는 영양 부족상태의 각막상피 세포가 세포고사를 거쳐 소모되고 탈락되는 것을 암시하고 있다.
Background: The corneal and limbal morphology relevant to corneal epithelial maintenance in ten different species was examined using histological methods. Objectives: The presence of a Bowman's layer, limbal epithelial cell, and superficial stromal morphology was examined in the following species to evaluate the differences in corneal thickness and epithelium: Java sparrows, frogs, macaws, spoonbills, red pandas, penguins, horses, Dobermans, orangutans, and humans. Methods: Corneal sections (4 ㎛) were obtained from ten ocular globes from three different animal classes: Aves, Amphibia, and Mammalia. All sections were stained with hematoxylin and eosin and periodic acid-Schiff reaction. After microscopy, all stained slides were photographed and analyzed. Results: Significant morphological differences in the corneal and limbal epithelia and their underlying stroma between species were observed. The number of corneal epithelial cell layers and the overall corneal epithelial thickness varied significantly among the species. The presence of a Bowman's layer was only observed in primates (orangutans and humans). Presumed supranuclear melanin caps were noted in four species (orangutans, macaws, red pandas, and horses) in the limbal basal epithelial layer (putative site of corneal epithelial stem cells). The melanin granules covered the apex of the cell nucleus. Conclusions: Supranuclear melanin capping has been described as a process within the epidermis to reduce the concentration of ultraviolet-induced DNA photoproducts. Similarly, there may be a relationship between limbal stem cell melanin capping as a protective mechanism against ultra-violet radiation.
Many researchers have employed cryopreserved amniotic membrane (CAM) in the treatment of a severely damaged cornea, using corneal epithelial cells cultured on an amniotic membrane (AM). In this study, two Teflon rings were made for culturing the cells on the LAM and CAM, and were then used to support the AM, which is referred to in this paper as an Ahn's AM supporter. The primary corneal epithelial cells were obtained from the limbus, using an ex-plantation method. The corneal epithelium could be reconstructed by culturing the thirdpassage corneal epithelial cells on the AM. A lyophilized amniotic membrane (LAM) has a higher rate of graft take, a longer shelf life, is easier to store, and safer, due to gamma irradiation, than a (AM. The corneal epithelium reconstructed on the LAM and (AM, supported by the twoTeflon rings, was similar to normal corneal epithelium. However, the advantages of the LAM over that of the (AM make the former more useful. The reconstruction model of the corneal epithelium, using AM, is considered as a good in vitro model for transplantation of cornel epithelium into patients with a severely damaged cornea.
The corneal tissue consists of three layers : epithelium, stroma, and endothelium. Central cornea is a highly differentiated tissue whereas the limbus contains the epithelial stem cell. In the present study. we report the engineering of the three-dimensional reconstructed cornea derived from rabbit limbal epithelial and stromal cells. The differentiation degree of corneal stem cells were assessed in serum concentration and inoculation density of stromal cells. Optimal condition differentiation of corneal stem cells is achieved when 5% FBS was supplemented to culture medium and $1-2{\times}10^5$ cells/ml inoculation density of stromal cells.
Acanthamoeba keratitis has been increasing in recent years. Main risk factors are contact lens wear and their cleaning solutions. Most contact lens wearers use multipurpose disinfecting solutions (MPDS) for cleansing and disinfecting microorganisms because of its convenience. We determined amoebicidal effects of MPDS made in Korea and their cytotoxicity on human corneal epithelium cells. Fifteen commercial MPDS (A to O) were tested for their amoebicidal effects on Acanthamoeba castellanii trophozoites and cysts by using a most probable number (MPN) technique. Among them, 7 kinds of MPDS showed little or no amoebicidal effects for 24 hr exposure. Solutions A, B, G, H, L, and O showed positive amoebicidal effects, and solutions M and N killed almost all trophozoites and cysts after 24 hr exposure. However, 50%-N solution showed 56% cytotoxicity on human corneal epithelial cells within 4 hr exposure, and 50%-O solution also showed 62% cytotoxicity on human cells within 4 hr exposure. Solution A did not show any cytotoxicity on human cells. These results revealed that most MPDS made in Korea were ineffective to kill Acanthamoeba. The solutions having amoebicidal activity also showed high levels of cytotoxicity on human corneal epithelial cells. New formulations for improved MPDS that are amoebicidal but safe for host cells are needed to prevent Acanthamoeba keratitis.
DA-6034, a eupatilin derivative of flavonoid, has shown potent effects on the protection of gastric mucosa and induced the increases in fluid and glycoprotein secretion in human and rat corneal and conjunctival cells, suggesting that it might be considered as a drug for the treatment of dry eye. However, whether DA-6034 induces $Ca^{2+}$ signaling and its underlying mechanism in epithelial cells are not known. In the present study, we investigated the mechanism for actions of DA-6034 in $Ca^{2+}$ signaling pathways of the epithelial cells (conjunctival and corneal cells) from human donor eyes and mouse salivary gland epithelial cells. DA-6034 activated $Ca^{2+}$-activated $Cl^-$ channels (CaCCs) and increased intracellular calcium concentrations ($[Ca^{2+}]_i$) in primary cultured human conjunctival cells. DA-6034 also increased $[Ca^{2+}]_i$ in mouse salivary gland cells and human corneal epithelial cells. $[Ca^{2+}]_i$ increase of DA-6034 was dependent on the $Ca^{2+}$ entry from extracellular and $Ca^{2+}$ release from internal $Ca^{2+}$ stores. Interestingly, these effects of DA-6034 were related to ryanodine receptors (RyRs) but not phospholipase C/inositol 1,4,5-triphosphate ($IP_3$) pathway and lysosomal $Ca^{2+}$ stores. These results suggest that DA-6034 induces $Ca^{2+}$ signaling via extracellular $Ca^{2+}$ entry and RyRs-sensitive $Ca^{2+}$ release from internal $Ca^{2+}$ stores in epithelial cells.
Lee, Jong Heon;Lee, Jong Soo;Kim, Sujin;Lee, Ji Eun
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제21권2호
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pp.189-195
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2017
This study aimed to compare the cellular toxicities of three clinically used dry eye treatments; 3% diquafosol tetrasodium and hyaluronic acid at 0.3 and 0.18%. A methyl thiazolyltetrazoiun (MTT)-based calorimetric assay was used to assess cellular proliferation and a lactate dehydrogenase (LDH) leakage assay to assess cytotoxicity, using Human corneal epithelial cells (HCECs) exposed to 3% diquafosol tetrasodium, 0.3% hyaluronic acid (HA), or 0.18% HA or 1, 6 or 24 h. Cellular morphology was evaluated by inverted phase-contrast light microscopy and electron microscopy, and wound widths were measured 24 h after confluent HCECs were scratched. Diquafosol had a significant, time-dependent, inhibitory effect on HCEC proliferation and cytotoxicity. HCECs treated with diquafosol detached more from the bottoms of dishes and damaged cells showed degenerative changes, such as, reduced numbers of microvilli, vacuole formation, and chromatin of the nuclear remnant condensed along the nuclear periphery. All significantly stimulated reepithelialization of HCECs scratched, which were less observed in diquafosol. Therefore, epithelial toxicity should be considered after long-term usage of diquafosol and in overdose cases, especially in dry eye patients with pre-existing punctated epithelial erosion.
본 연구에서는 다양한 파장의 저출력 light-emitting diode (LED)를 이용한 photobiomodulation (PBM)이 각막 상처 치유에 미치는 영향을 분석하였다. 각막상피세포에 623 nm에서 940 nm 범위의 파장의 LED를 조사한 결과, 유의미한 세포독성 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다. PBM의 세포이동 촉진 효과를 세포 이동능 평가 시험을 통해 분석한 결과 623 nm 파장의 광조사에 의한 PBM이 세포이동을 크게 증가시키고 상처 치유를 촉진하는 것으로 나타났다. 또한, 세포이동 및 상처 치유와 관련된 유전자의 발현을 분석한 결과, 623 nm 파장의 광조사에 의한 PBM이 세포 증식과 세포 외 기질 분해를 촉진하는 것으로 알려진 FGF-1과 MMP2 유전자의 발현을 상향 조절한다는 사실을 발견했다. 이러한 연구 결과는 특정 파장, 특히 623 nm 파장의 저출력 빛을 이용한 PBM이 각막 손상 치료에 활용될 수 있는 가능성을 시사한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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