Kwon, Seong Gyu;Kwon, Yang Woo;Lee, Tae Wook;Park, Gyu Tae;Kim, Jae Ho
생체재료학회지
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제22권4호
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pp.311-318
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2018
Background: Tissue regeneration includes delivering specific types of cells or cell products to injured tissues or organs for restoration of tissue and organ function. Stem cell therapy has drawn considerable attention since transplantation of stem cells can overcome the limitations of autologous transplantation of patient's tissues; however, it is not perfect for treating diseases. To overcome the hurdles associated with stem cell therapy, tissue engineering techniques have been developed. Development of stem cell technology in combination with tissue engineering has opened new ways of producing engineered tissue substitutes. Several studies have shown that this combination of tissue engineering and stem cell technologies enhances cell viability, differentiation, and therapeutic efficacy of transplanted stem cells. Main body: Stem cells that can be used for tissue regeneration include mesenchymal stem cells, embryonic stem cells, and induced pluripotent stem cells. Transplantation of stem cells alone into injured tissues exhibited low therapeutic efficacy due to poor viability and diminished regenerative activity of transplanted cells. In this review, we will discuss the progress of biomedical engineering, including scaffolds, biomaterials, and tissue engineering techniques to overcome the low therapeutic efficacy of stem cells and to treat human diseases. Conclusion: The combination of stem cell and tissue engineering techniques overcomes the limitations of stem cells in therapy of human diseases, and presents a new path toward regeneration of injured tissues.
Diabetes mellitus (DM) is a serious disease in which blood sugar levels rise abnormally because of failed insulin production or decreased insulin sensitivity. Although many studies are being conducted for the treatment or early diagnosis of DM, it is not fully understood how mitochondrial genome (mtDNA) abnormalities appear in patients with DM. Here, we induced iPSCs from fibroblasts, PBMCs, or pancreatic cells of three patients with type 2 DM (T2D) and three patients with non-diabetes counterpart. The mtDNA mutations were detected randomly without any tendency among tissues or patients. In T2D patients, 62% (21/34) of iPSC clones harbored multiple mtDNA mutations, of which 37% were homoplasmy at the 100% mutation level compared to only 8% in non-diabetes. We next selected iPSC clones that were a wild type or carried mutations and differentiated into pancreatic cells. Oxygen consumption rates were significantly lower in cells carrying mutant mtDNA. Additionally, the mutant cells exhibited decreased production of insulin and reduced secretion of insulin in response to glucose. Overall, the results suggest that screening mtDNA mutations in iPSCs from patients with T2D is an essential step before pancreatic cell differentiation for disease modeling or autologous cell therapy.
Jin Saem Lee;Jeoung Eun Lee;Shin-Hye Yu;Taehoon Chun;Mi-Yoon Chang;Dong Ryul Lee;Chang-Hwan Park
International Journal of Stem Cells
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제17권1호
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pp.59-69
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2024
Human pluripotent stem cells (hPSCs) such as human embryonic stem cells (hESCs), induced pluripotent stem cells, and somatic cell nuclear transfer (SCNT)-hESCs can permanently self-renew while maintaining their capacity to differentiate into any type of somatic cells, thereby serving as an important cell source for cell therapy. However, there are persistent challenges in the application of hPSCs in clinical trials, where one of the most significant is graft rejection by the patient immune system in response to human leukocyte antigen (HLA) mismatch when transplants are obtained from an allogeneic (non-self) cell source. Homozygous SCNT-hESCs (homo-SCNT-hESCs) were used to simplify the clinical application and to reduce HLA mismatch. Here, we present a xeno-free protocol that confirms the efficient generation of neural precursor cells in hPSCs and also the differentiation of dopaminergic neurons. Additionally, there was no difference when comparing the HLA expression patterns of hESC, homo-SCNT-hESCs and hetero-SCNT-hESCs. We propose that there are no differences in the differentiation capacity and HLA expression among hPSCs that can be cultured in vitro. Thus, it is expected that homo-SCNT-hESCs will possess a wider range of applications when transplanted with neural precursor cells in the context of clinical trials.
In general, cloned pigs have been produced using the somatic cell nuclear transfer (SCNT) technique with various types of somatic cells; however, the SCNT technique has disadvantages not only in its low efficiency but also in the development of abnormal clones. This study aimed to compare early embryonic development and quality of SCNT embryos with those of induced pluripotent stem cells (iPSCs) NT embryos (iPSC-NTs). Ear fibroblast cells were used as donor cells and iPSCs were generated from these cells by lentiviral transduction with human six factors (Oct4, Sox2, c-Myc, Nanog, Klf4 and Lin28). Blastocyst formation rate in iPSC-NT (23/258, 8.9%) was significantly lower than that in SCNT (46/175, 26.3%; p < 0.05). Total cell number in blastocysts was similar between two groups, but blastocysts in iPSC-NT had a lower number of apoptotic cells than in SCNT (2.0 ± 0.6 vs. 9.8 ± 2.9, p < 0.05). Quantitative PCR data showed that apoptosis-related genes (bax, caspase-3, and caspase-9) were highly expressed in SCNT than iPSC-NT (p < 0.05). Although an early development rate was low in iPSC-NT, the quality of cloned embryos from porcine iPSC was higher than that of embryos from somatic cells. Therefore, porcine iPSCs could be used as a preferable cell source to create a clone or transgenic animals by using the NT technique.
The announcement of the US Environmental Protection Agency that it will stop conducting or funding experimental studies on mammals by 2035 should prioritize ongoing efforts to develop and use alternative toxicity screening methods to animal testing. Toxicity screening is likely to be further developed considering the combination of human-induced pluripotent-stem-cell-derived organ-on-a-chip and multielectrode array (MEA) technologies. We briefly review the current status of MEA technology and MEA-based neuropharmacological drug screening using various cellular model systems. Highlighting the coronavirus disease pandemic, we shortly comment on the importance of early prediction of toxicity by applying artificial intelligence to the development of rapid screening methods.
Induced pluripotent stem cells (iPSCs) show great promise for replacing current stem cell therapies in the field of regenerative medicine. However, the original method for cellular reprogramming, involving four exogenous transcription factors, is characterized by low efficiency. Here, we focused on using epigenetic modifications to enhance the reprogramming efficiency. We hypothesized that there would be a new reprogramming factor involved in DNA demethylation, acting on the promoters of pluripotency-related genes. We screened proteins that bind to the methylated promoter of Oct4 and identified Zinc finger protein 127 (Zfp127), the functions of which have not yet been identified. We found that Zfp127 binds to the Oct4 promoter. Overexpression of Zfp127 in fibroblasts induced demethylation of the Oct4 promoter, thus enhancing Oct4 promoter activity and gene expression. These results demonstrate that Zfp127 is a novel regulator of Oct4, and may become a potent target to improve cellular reprogramming.
The generation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) derived from patients' somatic cells provides a new paradigm for studying human genetic diseases. Human iPSCs which have similar properties of human embryonic stem cells (hESCs) provide a powerful platform to recapitulate the disease-specific cell types by using various differentiation techniques. This promising technology has being realized the possibility to explore pathophysiology of many human genetic diseases at the molecular and cellular levels. Furthermore, disease-specific human iPSCs can also be used for patient-based drug screening and new drug discovery at the stage of the pre-clinical test in vitro. In this review, we summarized the concept and history of cellular reprogramming or iPSC generation and highlight recent progresses for disease modeling using patient-specific iPSCs.
Kidney disease affects a significant portion of the global population, yet effective therapies are lacking despite advancements in identifying genetic causes. This limitation can be attributed to the absence of adequate in vitro models that accurately mimic human kidney disease, hindering targeted therapeutic development. However, the emergence of human induced pluripotent stem cells (PSCs) and the development of organoids using them have opened up a way to model kidney development and disease in humans, as well as validate the effects of new drugs. To fully leverage their capabilities in these fields, it is crucial for kidney organoids to closely resemble the structure and functionality of adult human kidneys. In this review, we aim to discuss the potential of using human PSCs or adult kidney stem cell-derived kidney organoids to model genetic kidney disease and renal cancer.
Cell therapy (CT) is a group of techniques to treat human disorders by transplantation of cells which have been processed and propagated independent of the living body. Blood transfusion and bone marrow transplant have been the primary examples of cell therapy. With introduction of stem cell (SC) technologies, however, CT is perceived as the next generation of biologies to treat human diseases such as cancer, neurological diseases, and heart disease. Despite potential of cell therapy, insufficient guidelines have been implemented concerning safety test and regulation of cell therapy. This review addresses the safety issues to be resolved for the cell therapy, especially SC therapy, to be successfully utilized for clinical practice. Adequate donor cell screening must preceed to ensure safety in cell therapy. In terms of SC culture, controlled, standardized practices and procedures should be established. Further molecular studies should be done on SC development and differentiation to enhance safety level in cell therapy. Finally, animal model must be further installed to evaluate toxicity, new concepts, and proliferative potential of SC including alternative feeder layer of animal cells.
최근에 체세포 리프로그래밍 기법을 사용하여 체세포에 몇 가지 전사인자(리프로그래밍 인자)를 넣어줌으로써 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPS)를 만드는데 성공하였다. 유도만능줄기세포는 배아줄기세포와 유사하게 자가재생 할 수 있는 능력이 있으며, 신체의 모든 타입의 세포로 분화할 수 있는 특징을 가지고 있다. 배아줄기세포와는 달리 면역거부반응이 없다는 점과 윤리적인 문제로부터 자유롭다는 장점이 있어 2006년 Yamanaka 팀이 유도만능줄기세포에 관해 처음 보고한 이후로 이 분야 연구의 급속한 발전이 이루어지고 있다. 하지만 안전성의 문제점 때문에 세포치료제로 사용되기 위해서는 리프로그래밍 인자의 도입 방법 및 새로운 리프로그래밍 인자의 발굴 등 몇 가지 해결해야 할 점들이 남아 있다. 본 종설에서는 유도만능줄기세포를 만드는데 사용된 몇 가지 리프로그래밍 인자에 대해 보고된 연구 내용을 리프로그래밍 인자가 존재하는 세포인 배아줄기세포 및 난자와 배아에서 정리하고자 하며, 리프로그래밍 인자의 연구에 관한 방향에 대해 논의하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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