Human mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent stem cells that have been intensively studied as therapeutic tools for a variety of disorders. To enhance the efficacy of MSCs, therapeutic genes are introduced using retroviral and lentiviral vectors. However, serious adverse events (SAEs) such as tumorigenesis can be induced by insertional mutagenesis. We generated lentiviral vectors encoding the wild-type herpes simplex virus thymidine kinase (HSV-TK) gene and a gene containing a point mutation that results in an alanine to histidine substitution at residue 168 (TK(A168H)) and transduced expression in MSCs (MSC-TK and MSC-TK(A168H)). Transduction of lentiviral vectors encoding the TK(A168H) mutant did not alter the proliferation capacity, mesodermal differentiation potential, or surface antigenicity of MSCs. The MSC-TK(A168H) cells were genetically stable, as shown by karyotyping. MSC-TK(A168H) responded to ganciclovir (GCV) with an half maximal inhibitory concentration (IC50) value 10-fold less than that of MSC-TK. Because MSC-TK(A168H) cells were found to be non-tumorigenic, a U87-TK(A168H) subcutaneous tumor was used as a SAE-like condition and we evaluated the effect of valganciclovir (vGCV), an oral prodrug for GCV. U87-TK(A168H) tumors were more efficiently ablated by 200 mg/kg vGCV than U87-TK tumors. These results indicate that MSC-TK(A168H) cells appear to be pre-clinically safe for therapeutic use. We propose that genetic modification with HSV-TK(A168H) makes allogeneic MSC-based ex vivo therapy safer by eliminating transplanted cells during SAEs such as uncontrolled cell proliferation.
Molecular imaging is used to improve the disease diagnosis, prognosis, monitoring of treatment in living subjects. Numerous molecular targets have been developed for various cellular and molecular processes in genetic, metabolic, proteomic, and cellular biologic level. Molecular imaging modalities such as Optical Imaging, Magnetic Resonance Imaging (MRI), Positron Emission Tomography (PET), Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT), and Computed Tomography (CT) can be used to visualize anatomic, genetic, biochemical, and physiologic changes in vivo. For in vivo cell imaging, certain cells such as cancer cells, immune cells, stem cells could be labeled by direct and indirect labeling methods to monitor cell migration, cell activity, and cell effects in cell-based therapy. In case of cancer, it could be used to investigate biological processes such as cancer metastasis and to analyze the drug treatment process. In addition, transplanted stem cells and immune cells in cell-based therapy could be visualized and tracked to confirm the fate, activity, and function of cells. In conventional molecular imaging, cells can be monitored in vivo in bulk non-invasively with optical imaging, MRI, PET, and SPECT imaging. However, single cell imaging in vivo has been a great challenge due to an extremely high sensitive detection of single cell. Recently, there has been great attention for in vivo single cell imaging due to the development of single cell study. In vivo single imaging could analyze the survival or death, movement direction, and characteristics of a single cell in live subjects. In this article, we reviewed basic principle of in vivo molecular imaging and introduced recent studies for in vivo single cell imaging based on the concept of in vivo molecular imaging.
Cardiovascular and neurodegenerative diseases are major health threats in many developed countries. Recently, target tissues derived from human embryonic stem (hES) cells and induced pluripotent stem cells (iPSCs), such as cardiomyocytes (CMs) or neurons, have been actively mobilized for drug screening. Knowledge of drug toxicity and efficacy obtained using stem cell-derived tissues could parallel that obtained from human trials. Furthermore, iPSC disease models could be advantageous in the development of personalized medicine in various parts of disease sectors. To obtain the maximum benefit from iPSCs in disease modeling, researchers are now focusing on aging, maturation, and metabolism to recapitulate the pathological features seen in patients. Compared to pediatric disease modeling, adult-onset disease modeling with iPSCs requires proper maturation for full manifestation of pathological features. Herein, the success of iPSC technology, focusing on patient-specific drug treatment, maturation-based disease modeling, and alternative approaches to compensate for the current limitations of patient iPSC modeling, will be further discussed. [BMB Reports 2015; 48(5): 256-265]
High-throughput screening has become a popular method used to identify new “leads”for potentially therapeutic compounds. Further screening of these lead compounds is typically done with secondary assays which may utilize living, functioning cells as screening tools. A problem (or benefit) with these cell-based assays is that living cells are very sensitive to their environment. We have been interested in the process of stem cell migration and how it relates to the cellular therapy of bone marrow transplantation. In this study we describe a secondary, cell-based assay for screening the effects of various in-vitro conditions on Immature Hematopoietic Cell (IHC) migration. Our results have revealed many subtle factors, such as the cell's adhesive characteristics, or the effect of a culture's growth phase, that need to be accounted for in a screening protocol. Finally, we show that exponentially glowing KG1a cells (a human IHC cell line) were 10 times more motile than those in the lag or stationary phases. These data strongly suggest that KG1a cells secrete a chemokinetic factor during the exponential growth phase of a culture.
Journal of mucopolysaccharidosis and rare diseases
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제3권1호
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pp.14-19
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2017
Lysosomal storage diseases (LSDs) are a group of rare inherited metabolic disorders caused by the deficiency of specific lysosomal enzymes and subsequent accumulation of substrates. Enzyme deficiency leads to progressive intra-lysosomal accumulation of the incompletely degraded substances, which cause dysfunction and destruction of the cell and eventually multiple organ damage. Patients have a broad spectrum of clinical phenotypes which are generally not specific for some LSDs, leading to missed or delayed diagnosis. Due to the availability of treatment including enzyme replacement therapy (ERT) and hematopoietic stem cell transplantation for some LSDs, early diagnosis is important. ERT products have been approved with optimal outcomes for some LSDs in the recent decades, including Gaucher, Fabry, mucopolysaccharidosis (MPS) I, Pompe, MPS VI, MPS II, and MPS IVA diseases. ERT can stabilize the clinical condition, prevent disease progression, and improve the long-term outcome of these diseases, especially if started prior to irreversible organ damage. Based on the availability of therapy and suitable screening methods in the recent years, some LSDs, including Pompe, Fabry, Gaucher, MPS I, MPS II, and MPS VI diseases have been incorporated into nationwide newborn screening panels in Taiwan.
Stem cells are attracting attention as a key element in future medicine, satisfying the desire to live a healthier life with the possibility that they can regenerate tissue damaged or degenerated by disease or aging. Stem cells are defined as undifferentiated cells that have the ability to replicate and differentiate themselves into various tissues cells. Stem cells, commonly encountered in clinical or preclinical stages, are largely classified into embryonic, adult, and induced pluripotent stem cells. Recently, stem cell transplantation has been frequently applied to the treatment of pain as an alternative or promising approach for the treatment of severe osteoarthritis, neuropathic pain, and intractable musculoskeletal pain which do not respond to conventional medicine. The main idea of applying stem cells to neuropathic pain is based on the ability of stem cells to release neurotrophic factors, along with providing a cellular source for replacing the injured neural cells, making them ideal candidates for modulating and possibly reversing intractable neuropathic pain. Even though various differentiation capacities of stem cells are reported, there is not enough knowledge and technique to control the differentiation into desired tissues in vivo. Even though the use of stem cells is still in the very early stages of clinical use and raises complicated ethical problems, the future of stem cells therapies is very bright with the help of accumulating evidence and technology.
EGR1 (early growth response 1) is dysregulated in many cancers and exhibits both tumor suppressor and promoter activities, making it an appealing target for cancer therapy. Here, we used a systematic multi-omics analysis to review the expression of EGR1 and its role in regulating clinical outcomes in breast cancer (BC). EGR1 expression, its promoter methylation, and protein expression pattern were assessed using various publicly available tools. COSMIC-based somatic mutations and cBioPortal-based copy number alterations were analyzed, and the prognostic roles of EGR1 in BC were determined using Prognoscan and Kaplan-Meier Plotter. We also used bc-GenEx-Miner to investigate the EGR1 co-expression profile. EGR1 was more often downregulated in BC tissues than in normal breast tissue, and its knockdown was positively correlated with poor survival. Low EGR1 expression levels were also associated with increased risk of ER+, PR+, and HER2- BCs. High positive correlations were observed among EGR1, DUSP1, FOS, FOSB, CYR61, and JUN mRNA expression in BC tissue. This systematic review suggested that EGR1 expression may serve as a prognostic marker for BC patients and that clinicopathological parameters influence its prognostic utility. In addition to EGR1, DUSP1, FOS, FOSB, CYR61, and JUN can jointly be considered prognostic indicators for BC.
Ju-Chan Park;Keun-Tae Kim;Hyeon-Ki Jang;Hyuk-Jin Cha
International Journal of Stem Cells
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제16권2호
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pp.234-243
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2023
The recent advances in human pluripotent stem cells (hPSCs) enable to precisely edit the desired bases in hPSCs to be used for the establishment of isogenic disease models and autologous ex vivo cell therapy. The knock-in approach based on the homologous directed repair with Cas9 endonuclease, causing DNA double-strand breaks (DSBs), produces not only insertion and deletion (indel) mutations but also deleterious large deletions. On the contrary, due to the lack of Cas9 endonuclease activity, base editors (BEs) such as adenine base editor (ABE) and cytosine base editor (CBE) allow precise base substitution by conjugated deaminase activity, free from DSB formation. Despite the limitation of BEs in transition substitution, precise base editing by BEs with no massive off-targets is suggested to be a prospective alternative in hPSCs for clinical applications. Considering the unique cellular characteristics of hPSCs, a few points should be considered. Herein, we describe an updated and optimized protocol for base editing in hPSCs. We also describe an improved methodology for CBE-based C to T substitutions, which are generally lower than A to G substitutions in hPSCs.
The CRISPR system has revolutionized gene editing field. Cas9-mediated gene editing such as Indel induction or HDR enable targeted gene disruption or precise correction of mutation. Moreover, CRISPR-based new editing tools have been developed such as base editors. In this review, we focus on gene editing in human pluripotent stem cells, which is principal technique for gene correction therapy and disease modeling. Pluripotent stem cell-specific drug YM155 enabled selection of target gene-edited pluripotent stem cells. Also, we discussed base editing for treatment of congenital retina disease. Adenine base editor delivery as RNP form provide an approach for genetic disease treatment with safe and precise in vivo gene correction.
Kim, Yeon-Ju;Ji, Seung Taek;Kim, Da Yeon;Jung, Seok Yun;Kang, Songhwa;Park, Ji Hye;Jang, Woong Bi;Yun, Jisoo;Ha, Jongseong;Lee, Dong Hyung;Kwon, Sang-Mo
Molecules and Cells
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제41권6호
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pp.582-590
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2018
Endothelial progenitor cells (EPCs) and outgrowth endothelial cells (OECs) play a pivotal role in vascular regeneration in ischemic tissues; however, their therapeutic application in clinical settings is limited due to the low quality and quantity of patient-derived circulating EPCs. To solve this problem, we evaluated whether three priming small molecules (tauroursodeoxycholic acid, fucoidan, and oleuropein) could enhance the angiogenic potential of EPCs. Such enhancement would promote the cellular bioactivities and help to develop functionally improved EPC therapeutics for ischemic diseases by accelerating the priming effect of the defined physiological molecules. We found that preconditioning of each of the three small molecules significantly induced the differentiation potential of $CD34^+$ stem cells into EPC lineage cells. Notably, long-term priming of OECs with the three chemical cocktail (OEC-3C) increased the proliferation potential of EPCs via ERK activation. The migration, invasion, and tube-forming capacities were also significantly enhanced in OEC-3Cs compared with unprimed OECs. Further, the cell survival ratio was dramatically increased in OEC-3Cs against $H_2O_2$-induced oxidative stress via the augmented expression of Bcl-2, a pro-survival protein. In conclusion, we identified three small molecules for enhancing the bioactivities of ex vivo-expanded OECs for vascular repair. Long-term 3C priming might be a promising methodology for EPC-based therapy against ischemic diseases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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