Jin, Eun-Sun;Min, Joongkee;Jeon, Sang Ryong;Choi, Kyoung Hyo;Jeong, Je Hoon
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제53권4호
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pp.207-212
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2013
Objective : Recent studies have shown encouraging progress toward the use of autogenic and allogenic mesenchymal stem cells (MSCs) to arrest, or even lead to partial regeneration in, intervertebral disc (IVD) degeneration. However, this technology is still in its infancy, and further development is required. The aim of this study was to analyze whether rat adipose-derived mesenchymal stem cells (ADMSC) can differentiate towards IVD-like cells after treatment with transforming growth factor ${\beta}3$ (TGF-${\beta}3$) in vitro. We also performed quantitative analysis of gene expression for ADMSC only, ADMSCs treated with TGF-${\beta}3$, and co-cultured ADMSCs treated with TGF-${\beta}3$. Methods : ADMSCs were sub-cultured to homogeneity and used in fluorocytometry assays for CD11, CD45, and CD90/Thy1. ADMSCs were differentiated in spheroid culture towards the chondrogenic lineage by the presence of TGF-${\beta}3$, dexamethasone, and ascorbate. We also co-cultured pure ADMSCs and nucleus pulposus cells in 24-well plates, and performed immunohistochemical staining, western blotting, and RT-PCR for quantitative analysis of gene expression. Results : Results of fluorocytometry were positive for CD90/Thy1 and negative for CD11 and CD45. TGF-${\beta}3$-mediated induction of ADMSCs led to the expression of the differentiation markers of intervertebral disc-like cells, such as aggrecan, collagen II, and sox-9. Co-cultured ADMSCs treated with TGF-${\beta}3$ showed higher expression of differentiation markers and greater extracellular matrix production compared with ADMSCs treated with TGF-${\beta}3$ alone. Conclusion : ADMSC treated with TGF-${\beta}3$ may be an attractive source for regeneration therapy in degenerative IVD. These findings may also help elucidate the pathologic mechanism of MSC therapy in the degeneration of IVD in vivo.
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.
Background and Objectives: Retinal stem cells (RSCs) resided in ciliary epithelium have shown to possess a high capacity to self-renew and differentiate into retinal cells. RSCs could be induced to differentiate when they are exposed to stimuli like natural compounds and suitable contexts such as biomaterials. The aim of this study was to examine the effects of Retinol and alginate/gelatin-based scaffolds on differentiation potential of mesenchymal stem cells (MSCs) originated from mouse ciliary epithelium. Methods and Results: MSCs were extracted from mouse ciliary epithelium, and their identity was verified by detecting specific surface antigens. To provide a three-dimensional in vitro culture system, 2% alginate, 0.5% gelatin and the mixed alginate-gelatin hydrogels were fabricated and checked by SEM. Retinol treatment was performed on MSCs expanded on alginate/gelatin hydrogels and the survival rate and the ability of MSCs to differentiate were examined through measuring expression alterations of retina-specific genes by ICC and qPCR. The cell population isolated from ciliary epithelium contained more than 93.4% cells positive for MSC-specific marker CD105. Alginate/gelatin scaffolds showed to provide an acceptable viability (over 70%) for MSC cultures. Retinol treatment could induce a high expression of rhodopsin protein in MSCs expanded in alginate and alginate-gelatin mixtures. An elevated presentation of Nestin, RPE65 and Rhodopsin genes was detected in retinol-treated cultures expanded on alginate and alginate-gelatin scaffolds. Conclusions: The results presented here elucidate that retinol treatment of MSCs grown on alginate scaffolds would promote the mouse ciliary epithelium-derived MSCs to differentiate towards retinal neurons.
Human mesenchymal stem cells (MSCs) are currently being evaluated as a cell-based therapy for tissue injury and degenerative diseases. Recently, several methods have been suggested to further enhance the therapeutic functions of MSCs, including genetic modifications with tissue- and/or diseasespecific genes. The objective of this study was to examine the efficiency and stability of transduction using an adenoviral vector in human MSCs. Additionally, we aimed to assess the effects of transduction on the proliferation and multipotency of MSCs. The results indicate that MSCs can be transduced by adenoviruses in vitro, but high viral titers are necessary to achieve high efficiency. In addition, transduction at a higher multiplicity of infection (MOI) was associated with attenuated proliferation and senescence-like morphology. Furthermore, transduced MSCs showed a diminished capacity for adipogenic differentiation while retaining their potential to differentiate into osteocytes and chondrocytes. This work could contribute significantly to clinical trials of MSCs modified with therapeutic genes.
Lee, Jun Hee;Lee, Sang Hun;Lee, Hyang Seon;Ji, Seung Taek;Jung, Seok Yun;Kim, Jae Ho;Bae, Sun Sik;Kwon, Sang-Mo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제20권5호
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pp.459-466
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2016
Adipogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) is critical for metabolic homeostasis and nutrient signaling during development. However, limited information is available on the pivotal modulators of adipogenic differentiation of MSCs. Adaptor protein Lnk (Src homology 2B3 [SH2B3]), which belongs to a family of SH2-containing proteins, modulates the bioactivities of different stem cells, including hematopoietic stem cells and endothelial progenitor cells. In this study, we investigated whether an interaction between insulin-like growth factor-1 receptor (IGF-1R) and Lnk regulated IGF-1-induced adipogenic differentiation of MSCs. We found that wild-type MSCs showed greater adipogenic differentiation potential than $Lnk^{-/-}$ MSCs. An ex vivo adipogenic differentiation assay showed that $Lnk^{-/-}$ MSCs had decreased adipogenic differentiation potential compared with wild-type MSCs. Interestingly, we found that Lnk formed a complex with IGF-1R and that IGF-1 induced the dissociation of this complex. In addition, we observed that IGF-1-induced increase in the phosphorylation of Akt and mammalian target of rapamycin was triggered by the dissociation of the IGF-1R-Lnk complex. Expression levels of a pivotal transcription factor peroxisome proliferator-activated receptor gamma ($PPAR-{\gamma}$) and its adipogenic target genes (LPL and FABP4) significantly decreased in $Lnk^{-/-}$ MSCs. These results suggested that Lnk adaptor protein regulated the adipogenesis of MSCs through the $IGF-1/Akt/PPAR-{\gamma}$ pathway.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제36권1호
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pp.7-15
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2010
Complex human tissues harbor stem cells and precursor cells, which are responsible for tissue development or repair. Recently, dental tissues such as dental pulp, periodontal ligament (PDL), dental follicle have been identified as easily accessible sources of undifferentiated cells. These tissues contain mesenchymal stem cells that can be differentiate into bone, cartilage, fat or muscle by exposing them to specific growth conditions. In this study, the authors procured the stem cell from pulp, PDL, and dental follicle and differentiate them into osteoblast and examine the bone induction capacity. Dental pulp stem cell (DPSC), periodontal ligament stem cell (PDLSC), and dental follicle precursor cell (DFPC) were obtained from human 3rd molar and cultured. Each cell was analyzed for presence of stem cell by fluorescence activated cell sorter (FACs) against CD44, CD105 and CD34, CD45. Each stem cell was cultured, expanded and grown in an osteogenic culture medium to allow formation of a layer of extracellular bone matrix. Osteogenic pathway was checked by alizarin red staining, alkaline phosphatase (ALP) activity test and RT-PCR for ALP and osteocalcin (OCN) gene expression. According to results from FACs, mesenchymal stem cell existed in pulp, PDL, and dental follicle. As culturing with bone differentiation medium, stem cells were differentiated to osteoblast like cell. Compare with stem cell from pulp, PDL and dental follicle-originated stem cell has more osteogenic effect and it was assumed that the character of donor cell was able to affect on differential potency of stem cell. From this article, we are able to verify the pulp, PDL, and dental follicle from extracted tooth, and these can be a source of osteoblast and stem cell for tissue engineering.
Safi, Ihab Nabeel;Hussein, Basima Mohammed Ali;Al-Shammari, Ahmed Majeed
Journal of Periodontal and Implant Science
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제52권3호
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pp.242-257
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2022
Purpose: This study investigated periodontal ligament (PDL) restoration in osseointegrated implants using stem cells. Methods: Commercial pure titanium and zirconium oxide (zirconia) were coated with beta-tricalcium phosphate (β-TCP) using a long-pulse Nd:YAG laser (1,064 nm). Isolated bone marrow mesenchymal cells (BMMSCs) from rabbit tibia and femur, isolated PDL stem cells (PDLSCs) from the lower right incisor, and co-cultured BMMSCs and PDLSCs were tested for periostin markers using an immunofluorescent assay. Implants with 3D-engineered tissue were implanted into the lower right central incisors after extraction from rabbits. Forty implants (Ti or zirconia) were subdivided according to the duration of implantation (healing period: 45 or 90 days). Each subgroup (20 implants) was subdivided into 4 groups (without cells, PDLSC sheets, BMMSC sheets, and co-culture cell sheets). All groups underwent histological testing involving haematoxylin and eosin staining and immunohistochemistry, stereoscopic analysis to measure the PDL width, and field emission scanning electron microscopy (FESEM). The natural lower central incisors were used as controls. Results: The BMMSCs co-cultured with PDLSCs generated a well-formed PDL tissue that exhibited positive periostin expression. Histological analysis showed that the implantation of coated (Ti and zirconia) dental implants without a cell sheet resulted in a well-osseointegrated implant at both healing intervals, which was confirmed with FESEM analysis and negative periostin expression. The mesenchymal tissue structured from PDLSCs only or co-cultured (BMMSCs and PDLSCs) could form a natural periodontal tissue with no significant difference between Ti and zirconia implants, consequently forming a biohybrid dental implant. Green fluorescence for periostin was clearly detected around the biohybrid implants after 45 and 90 days. FESEM showed the invasion of PDL-like fibres perpendicular to the cementum of the bio-hybrid implants. Conclusions: β-TCP-coated (Ti and zirconia) implants generated periodontal tissue and formed biohybrid implants when mesenchymal-tissue-layered cell sheets were isolated from PDLSCs alone or co-cultured BMMSCs and PDLSCs.
Periodontal ligament stem cells (PDLSCs) are multipotent stem cells derived from periodontium and have mesenchymal stem cell (MSC)-like characteristics. Recently, the perivascular region was recognized as the developmental origin of MSCs, which suggests the in vivo angiogenic potential of PDLSCs. In this study, we investigated whether PDLSCs could be a potential source of perivascular cells, which could contribute to in vivo angiogenesis. PDLSCs exhibited typical MSC-like characteristics such as the expression pattern of surface markers (CD29, CD44, CD73, and CD105) and differentiation potentials (osteogenic and adipogenic differentiation). Moreover, PDLSCs expressed perivascular cell markers such as NG2, ${\alpha}-smooth$ muscle actin, platelet-derived growth factor receptor ${\beta}$, and CD146. We conducted an in vivo Matrigel plug assay to confirm the in vivo angiogenic potential of PDLSCs. We could not observe significant vessel-like structures with PDLSCs alone or human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) alone at day 7 after injection. However, when PDLSCs and HUVECs were co-injected, there were vessel-like structures containing red blood cells in the lumens, which suggested that anastomosis occurred between newly formed vessels and host circulatory system. To block the $SDF-1{\alpha}$ and CXCR4 axis between PDLSCs and HUVECs, AMD3100, a CXCR4 antagonist, was added into the Matrigel plug. After day 3 and day 7 after injection, there were no significant vessel-like structures. In conclusion, we demonstrated the perivascular characteristics of PDLSCs and their contribution to in vivo angiogenesis, which might imply potential application of PDLSCs into the neovascularization of tissue engineering and vascular diseases.
There are various factors i.e. donor cell type, culture system as well as technical procedures which influence the pre-implantation embryonic development; however, may attempts have been made and still it is under investigation to improve the cloning efficiency using somatic cell nuclear transfer technique. It is has been investigated that stem cells like mesenchymal stem cell are able to more efficiently reprogram and reactivate the expression of early embryonic genes to promote nuclear transfer efficiency. In addition, Oct4 expression plays a pivotal role in early embryo development. In the present study, we investigated distribution of Oct4 expression and changes of apoptosis and total cell number in nuclear transfer blastocyst after using Oct4 transfected bone marrow stem cell as donor cells. Although Oct4-RFP expression was observed across blastocyst, more concentrated intensity was shown at hatched region in blastocyst on day 7. Reduction of apoptotic bodies was revealed in Oct4 transfected blastocyst by TUNEL staining, however, there was no significant difference in total cell number between Oct4 transfected and non-transfected nuclear transfer embryos. In conclusion, Oct4 transfected donor cells exhibited higher expression in hatching sight in day 7 blastocyst and were able to prevent apoptosis compared to non-transfected donor cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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