Kim, Jung-Mo;Cho, Youn-Jeong;Son, On-Ju;Hong, Ki-Sung;Chung, Hyung-Min
Reproductive and Developmental Biology
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v.35
no.1
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pp.1-8
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2011
Techniques to evaluate gene expression profiling, such as sufficiently sensitive cDNA microarrays or real-time quantitative PCR, are efficient methods for monitoring human pluripotent stem cell (hESC/iPSC) cultures. However, most of these high-throughput tests have a limited use due to high cost, extended turn-around time, and the involvement of highly specialized technical expertise. Hence, there is an urgency of rapid, cost-effective, robust, yet sensitive method development for routine screening of hESCs/hiPSCs. A critical requirement in hESC/hiPSC cultures is to maintain a uniform undifferentiated state and to determine their differentiation capacity by showing the expression of gene markers representing all three germ layers, including ectoderm, mesoderm, and endoderm. To quantify the modulation of gene expression in hESCs/hiPSC during their propagation, expansion, and differentiation via embryoid body (EB) formation, we developed a simple, rapid, inexpensive, and definitive multimarker, semiquantitative multiplex RT-PCR platform technology. Among the 9 gene primers tested, 5 were pluripotent markers comprising set 1, and 3 lineage-specific markers were combined as set 2, respectively. We found that these 2 sets were not only effective in determining the relative differentiation in hESCs/hiPSCs, but were easily reproducible. In this study, we used the hES/hiPS cell lines to standardize the technique. This multiplex RT-PCR assay is flexible and, by selecting appropriate reporter genes, can be designed for characterization of different hESC/hiPSC lines during routine maintenance and directed differentiation.
Kim, Suel-Kee;Shim, Joong-Hyun;Woo, Dong-Hun;Kim, Jong-Hoon
Development and Reproduction
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v.11
no.2
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pp.67-77
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2007
Replacement of insulin-producing cells represents an almost ideal treatment for patients with diabetes mellitus type 1. Transplantation of pancreatic islets of Langerhans is limited by the lack of donor organs. Therefore, generation of insulin-producing cells from human embryonic stem cells represents an attractive alternative. The present review summarizes the current knowledge on the differentiation of insulin-producing cells from human embryonic stem cells and their application to the cell therapy for treating diabetes mellitus.
Park, Jongjin;Lee, Dong Gwang;Lee, Na Geum;Kwon, Min-Gi;Son, Yeon Sung;Son, Mi-Young;Bae, Kwang-Hee;Lee, Jangwook;Park, Jong-Gil;Lee, Nam-Kyung;Min, Jeong-Ki
BMB Reports
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v.55
no.3
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pp.142-147
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2022
Human pluripotent stem cells (PSCs) have been utilized as a promising source in regenerative medicine. However, the risk of teratoma formation that comes with residual undifferentiated PSCs in differentiated cell populations is most concerning in the clinical use of PSC derivatives. Here, we report that a monoclonal antibody (mAb) targeting PSCs could distinguish undifferentiated PSCs, with potential teratoma-forming activity, from differentiated PSC progeny. A panel of hybridomas generated from mouse immunization with H9 human embryonic stem cells (hESCs) was screened for ESC-specific binding using flow cytometry. A novel mAb, K312, was selected considering its high stem cell-binding activity, and this mAb could bind to several human induced pluripotent stem cells and PSC lines. Cell-binding activity of K312 was markedly decreased as hESCs were differentiated into embryoid bodies or by retinoic acid treatment. In addition, a cell population negatively isolated from undifferentiated or differentiated H9 hESCs via K312 targeting showed a significantly reduced expression of pluripotency markers, including Oct4 and Nanog. Furthermore, K312-based depletion of pluripotent cells from differentiated PSC progeny completely prevented teratoma formation. Therefore, our findings suggest that K312 is utilizable in improving stem cell transplantation safety by specifically distinguishing residual undifferentiated PSCs.
Park, Yun-Gwi;Son, Yeo-Jin;Moon, Sung-Hwan;Park, Soon-Jung
Journal of Animal Reproduction and Biotechnology
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v.37
no.2
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pp.67-79
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2022
Currently, there is no treatment to reverse or cure heart failure caused by ischemic heart disease and myocardial infarction despite the remarkable advances in modern medicine. In addition, there is a lack of evidence regarding the existence of stem cells involved in the proliferation and regeneration of cardiomyocytes in adult hearts. As an alternative solution to overcome this problem, protocols for differentiating human pluripotent stem cell (hPSC) into cardiomyocyte have been established, which further led to the development of cell therapy in major leading countries in this field. Recently, clinical studies have confirmed the safety of hPSC-derived cardiac progenitor cells (CPCs). Although several institutions have shown progress in their research on cell therapy using hPSC-derived cardiomyocytes, the functions of cardiomyocytes used for transplantation remain to be those of immature cardiomyocytes, which poses a risk of graft-induced arrhythmias in the early stage of transplantation. Over the last decade, research aimed at achieving maturation of immature cardiomyocytes, showing same characteristics as those of mature cardiomyocytes, has been actively conducted using various approaches at leading research institutes worldwide. However, challenges remain in technological development for effective generation of mature cardiomyocytes with the same properties as those present in the adult hearts. Therefore, in this review, we provide an overview of the technological development status for maturation methods of hPSC-derived cardiomyocytes and present a direction for future development of maturation techniques.
Pluripotent stem cells only exist in a narrow window during early embryonic development, whereas multipotent stem cells are abundant throughout embryonic development and are retainedin various adult tissues and organs. While pluripotent stem cell lines have been established from several species, including mouse, rat, and human, it is still challenging to establish stable multipotent stem cell lines from embryonic or adult tissues. Based on current knowledge, we anticipate that by manipulating extrinsic and intrinsic signaling pathways, most if not all types of stem cells can be maintained in a long-term culture. In this article, we summarize current culture conditions established for the long-term maintenance of authentic pluripotent and multipotent stem cells and the signaling pathways involved. We also discuss the general principles of stem cell maintenance and propose several strategies on the establishment of novel stem cell lines through manipulation of signaling pathways.
Leukemia stem cells (LSCs) play important roles in leukemia initiation, progression and relapse, and thus represent a critical target for therapeutic intervention. Hence, it is extremely urgent to explore new therapeutic strategies directly targeting LSCs for acute myelogenous leukemia (AML) therapy. We show here that Angelica sinensis polysaccharide (ASP), a major active component in Dong quai (Chinese Angelica sinensis), effectively inhibited human AML $CD34^+CD38^-$ cell proliferation in vitro culture in a dose-dependent manner while sparing normal hematopoietic stem and progenitor cells at physiologically achievable concentrations. Furthermore, ASP exerted cytotoxic effects on AML K562 cells, especially LSC-enriched $CD34^+CD38^-$ cells. Colony formation assays further showed that ASP significantly suppressed the formation of colonies derived from AML $CD34^+CD38^-$ cells but not those from normal $CD34^+CD38^-$ cells. Examination of the underlying mechanisms revealed that ASP induced $CD34^+CD38^-$ cell senescence, which was strongly associated with a series of characteristic events, including up-regulation of p53, p16, p21, and Rb genes and changes of related cell cycle regulation proteins P16, P21, cyclin E and CDK4, telomere end attrition as well as repression of telomerase activity. On the basis of these findings, we propose that ASP represents a potentially important agent for leukemia stem cell-targeted therapy.
Stem cells have self-renewal capacity, long-term viability, and multiline age potential. Adult bone marrow contains mesenchymal stem cells. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) are progenitors of skeletal tissue components and can differentiate into adipocytes, chondrocytes, osteoblasts, and myoblasts in vitro and undergo differentiation in vivo. However, the clinical use of BMSCs has presented problems, including pain, morbidity, and low cell number upon harvest. Recent studies have identified a putative stem cell population within the adipose tissue. Human adipose tissue contains pluripotent stem cells simillar to bone marrow-derived stem cells that can differentiate toward the osteogenic, adipogenic, myogenic, and chondrogenic lineages. Human adipose tissue-derived stem cells (ATSCs) could be proposed as an alternative source of adult bone marrow stem cells, and could be obtained in large quantities, under local anesthesia, with minimal discomfort. Human adipose tissue obtained by liposuction was processed to obtain ATSCs. In this study, we compared the osteogenic differentiation of ATSCs in a specific osteogenic induction medium with that in a non-osteogenic medium. ATSCs were incubated in an osteogenic medium for 28 days to induce osteogenesis respectively. Osteogenic differentiation was assessed by von Kossa and alkaline phosphatase staining. Expression of osteocyte specific bone sialoprotein, osteocalcin, collagen type I and alkaline phosphatase, bone morphogenic protein 2, bone morphogenic protein 6 was confirmed by RT-PCR. ATSCs incubated in the osteogenic medium were stained positively for von Kossa and alkaline phosphatase staining. Expression of osteocyte specific genes was also detected. Since this cell population can be easily identified through fluorescence microscopy, it may be an ideal source of ATSCs for further experiments on stem cell biology and tissue engineering. The present results show that ADSCs have an ability to differentiate into osteoblasts. In the present study, we extend this approach to characterize adipose tissue-derived stem cells.
Hyun Kyu Kim;Yena Song;Minji Kye;Byeongho Yu;Sang Beom Park;Ji Hyeon Kim;Sung-Hwan Moon;Hyungkyu Choi;Jong-Seok Moon;Jae Sang Oh;Man Ryul Lee
International Journal of Stem Cells
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v.17
no.2
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pp.194-203
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2024
Evaluating cell metabolism is crucial during pluripotent stem cell (PSC) differentiation and somatic cell reprogramming as it affects cell fate. As cultured stem cells are heterogeneous, a comparative analysis of relative metabolism using existing metabolic analysis methods is difficult, resulting in inaccuracies. In this study, we measured human PSC basal metabolic levels using a Seahorse analyzer. We used fibroblasts, human induced PSCs, and human embryonic stem cells to monitor changes in basal metabolic levels according to cell number and determine the number of cells suitable for analysis. We evaluated normalization methods using glucose and selected the most suitable for the metabolic analysis of heterogeneous PSCs during the reprogramming stage. The response of fibroblasts to glucose increased with starvation time, with oxygen consumption rate and extracellular acidification rate responding most effectively to glucose 4 hours after starvation and declining after 5 hours of starvation. Fibroblasts and PSCs achieved appropriate responses to glucose without damaging their metabolism 2~4 and 2~3 hours after starvation, respectively. We developed a novel method for comparing basal metabolic rates of fibroblasts and PSCs, focusing on quantitative analysis of glycolysis and oxidative phosphorylation using glucose without enzyme inhibitors. This protocol enables efficient comparison of energy metabolism among cell types, including undifferentiated PSCs, differentiated cells, and cells undergoing cellular reprogramming, and addresses critical issues, such as differences in basal metabolic levels and sensitivity to normalization, providing valuable insights into cellular energetics.
Kang, Nam Mi;Cho, Ssang-Goo;Dayem, Ahmed Abdal;Lee, Joohyun;Bae, Seong Phil;Hahn, Won-Ho;Lee, Jeong-Sang
Analytical Science and Technology
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v.31
no.6
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pp.232-239
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2018
Human breast milk (HBM) provides neonates with indispensable nutrition. The present study evaluated the anti-cancer activity of diluted and pasteurized early HBM (< 6 weeks' lactation) on human breast cancer cell lines. The cell lines MCF7 and MDA-MB231 were exposed to 1 % HBM from the 1st, 3rd, and 6th weeks of lactation and exhibited reduced proliferation rates. As controls, breast cell lines (293T and MCF-10A), breast cancer cell lines (MCF-7 and MDA-MB-231), and $CD133^{hi}CXCR4^{hi}ALDH1^{hi}$ patient-derived human cancer stem-like cells (KU-CSLCs) were treated with prominent milk proteins ${\beta}$-casein, ${\kappa}$-casein, and lactoferrin at varying doses (10, 50, and $100{\mu}g$) for 24 or 48 hrs. The impact of these proteins on cell proliferation was investigated. Breast cancer cell lines treated with ${\kappa}$-casein and lactoferrin exhibited significantly reduced viability, in both a dose- and time-dependent manner. Interestingly, ${\kappa}$-casein selectively impacted only cancer (but not normal breast) cell lines, particularly the more malignant cell line. However, ${\beta}$-casein-exposed human breast cancer cell lines exhibited a significantly higher proliferation rate. Thus, ${\kappa}$-casein and lactoferrin appear to exert selective anti-cancer activities. Further studies are warranted to determine the mechanisms underlying ${\kappa}$-casein- and lactoferrin-mediated cancer cell-selective cytotoxic effects.
Stem cells have been the subject of increasing scientific interest because of their utility in numerous biomedical applications. Stem cells are capable of renewing themselves; that is, they can be continuously cultured in an undifferentiated state, giving rise to more specialized cells of the human body. Therefore, stem cells are an important new tools for developing unique, in vitro model systems to test drugs and chemicals and a potential to predict or anticipate toxicity in humans. In the present study, in vitro cultured F3 immortalized human neural stem cell line and in vivo adult Sprague Dawley rats was used to evaluate the cytotoxicity of anticancer drug paclitaxel. In vitro apoptotic activity of paclitaxel was evaluated in F3 cell line by a MTT assay and DAPI test. The cell death was induced with the treatment of 20 nM paclitaxel and chromatin degradation was detected by DAPI staining, which was analyzed by fluorescent microscope. In vivo studies, we also observed nestin immunoreactivity on subventricular zone, which is stem cell rich region in the adult brain of the SD rat. Immunofluorescent staining result shows that pixel intensities of nestin were decreased in a dose dependent manner. These results suggest that paclitaxel is able to induce cytotoxic activity both in F3 neural stem cell line and neural stem cell in SD rat brain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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