사람의 골수 또는 제대정맥에서 유래된 중간엽 줄기 세포 (hBM-MSC 또는 hUC-MSC)는 임상적 치료 적용에 매우 유용한 세포유형으로 알려져 왔다. 우리는 이러한 세포에서 two-pore 도메인 포타슘 (K2P)채널을 조사하였다. K2P 채널은 다양한 세포유형들에서 안정막 전위를 형성하는데 중요한 역할을 한다. 그들 중 TREK1은 수소, 저산소증, 다불포화 지방산, 항우울제 및 신경전달물질들의 표적이다. 우리는 RT-PCR 분석과 팻취고정기법을 이용하여 hBM-MSCs와 hUC-MSC가 기능적인 TREK1 채널을 발현하는지 조사했다. hBM-MSCs와 hUC-MSCs에서 100 pS 단일 채널 전도도를 가진 포타슘채널이 발견되었고, 그 채널은 세포막 신전 (-5 mmHg ~ -15 mmHg), 아라키도닉산 ($10{\mu}M$), 세포내 산성화 (pH 6.0)에 의해 활성화 되었다. 이러한 전기생리학적 성질은 TREK1과 유사하였다. 우리의 결과는 안정막 전위에 기여하는 TREK1 채널이 hBM-MSC와 hUC-MSC에 기능적으로 존재하고 있음을 제시한다.
PURPOSE. These days, mesenchymal stem cells (MSCs) have received worldwide attention because of their potentiality in tissue engineering for implant dentistry. The purpose of this study was to evaluate various growth inducing factors in media for improvement of acquisition of bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) and colony forming unit-fibroblast (CFU-F). MATERIALS AND METHODS. The mouse BMMSCs were freshly obtained from female C3H mouse femur and tibia. The cells seeded at the density of $10^6$/dish in media supplemented with different density of fetal bovine serum (FBS), $1{\alpha}$, 25-dihydroxyvitamin (VD3) and recombinant human epidermal growth factor (rhEGF). After 14 days, CFU-F assay was conducted to analyze the cell attachment and proliferation, and moreover for VD3, the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium (MTS) assay was additionally conducted. RESULTS. The cell proliferation was increased with the increase of FBS concentration (P<.05). The cell proliferation was highest at the density of 20 ng/mL rhEGF compared with 0 ng/mL and 200 ng/mL rhEGF (P<.05). For VD3, although the colony number was increased with the increase of its concentration, the difference was not statistically significant (P>.05). CONCLUTION. FBS played the main role in cell attachment and growth, and the growth factor like rhEGF played the additional effect. However, VD3 did not have much efficacy compare with the other two factors. Improvement of the conditions could be adopted to acquire more functional MSCs to apply into bony defect around implants easily.
Human mesenchymal stem cell (hMSCs) isolated from human adult bone marrow have self-renewal capacity and can differentiate into multiple cell types in vitro and in vivo. A number of studies have now demonstrated that MSCs can differentiate into various neuronal populations. Due to their autologous characteristics, replacement therapy using MSCs is considered to be safe and does not involve immunological complications. The basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factor Olig2 is necessary for the specification of both oligodendrocytes and motor neurons during vertebrate embryogenesis. To develop an efficient method for inducing neuronal differentiation from MSCs, we attempted to optimize the culture conditions and combination with Olig2 gene overexpression. We observed neuron-like morphological changes in the hMSCs under these induction conditions and examined neuronal marker expression in these cells by RTPCR and immunocytochemistry. Our data demonstrate that the combination of Olig2 overexpression and neuron-specific conditioned medium facilitates the neuronal differentiation of hMSCs in vitro. These results will advance the development of an efficient stem cell-mediated cell therapy for human neurodegenerative diseases.
Purpose: The purpose of this study was to determine whether metformin (MF) could alleviate the expresssion of reactive oxygen species (ROS) and improve the osteogenic ability of bone marrow mesenchymal stem cells derived from diabetic rats (drBMSCs) in vitro, and to evaluate the effect of MF on the ectopic osteogenesis of drBMSCs in a nude mouse model in vivo. Methods: BMSCs were extracted from normal and diabetic rats. In vitro, a cell viability assay (Cell Counting Kit-8), tests of alkaline phosphatase (ALP) activity, and western blot analysis were first used to determine the cell proliferation and osteogenic differentiation of drBMSCs that were subjected to treatment with different concentrations of MF (0, 50, 100, 200, 500 µM). The cells were then divided into 5 groups: (1) normal rat BMSCs (the BMSCs derived from normal rats group), (2) the drBMSCs group, (3) the drBMSCs + Mito-TEMPO (10 µM, ROS scavenger) group, (4) the drBMSCs + MF (200 µM) group, and (5) the drBMSCs + MF (200 µM) + H2O2 (50 µM, ROS activator) group. Intracellular ROS detection, a senescence-associated β-galactosidase assay, ALP staining, alizarin red staining, western blotting, and immunofluorescence assays were performed to determine the effects of MF on oxidative stress and osteogenic differentiation in drBMSCs. In vivo, the effect of MF on the ectopic osteogenesis of drBMSCs was evaluated in a nude mouse model. Results: MF effectively reduced ROS levels in drBMSCs. The cell proliferation, ALP activity, mineral deposition, and osteogenic-related protein expression of drBMSCs were demonstrably higher in the MF-treated group than in the non-MF-treated group. H2O2 inhibited the effects of MF. In addition, ectopic osteogenesis was significantly increased in drBMSCs treated with MF. Conclusions: MF promoted the proliferation and osteogenic differentiation of drBMSCs by inhibiting the oxidative stress induced by diabetes and enhenced the ectopic bone formation of drBMSCs in nude mice.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제36권4호
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pp.243-249
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2010
Tissue engineered bone (TEB) can replace an autogenous bone graft requiring an secondary operation site as well as avoid complications like inflammation or infection from xenogenic or synthetic bone graft. Adult mesenchymal stem cells (MSC) for TEB are considered to have various ranges of differentiation capacity or multipotency by the donor site and age. This study examined the effect of age on proliferation capacity, differentiation capacity and bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) responsiveness of human bone marrow stromal cells (hBMSC) according to the age. In addition, to evaluate the effect on enhancement for osteoblast differentiation, the hBMSC were treated with Trichostatin A (TSA) and 5-Azacitidine (5-AZC) which was HDAC inhibitors and methyltransferase inhibitors respectively affecting chromatin remodeling temporarily and reversibly. The young and old group of hBMSC obtained from the iliac crest from total 9 healthy patients, showed similar proliferation capacity. Cell surface markers such as CD34, CD45, CD90 and CD105 showed uniform expression regardless of age. However, the young group showed more prominent transdifferentiation capacity with adipogenic differentiation. The osteoblast differentiation capacity or BMP responsiveness was low and similar between young and old group. TSA and 5-AZC showed potential for enhancing the BMP effect on osteoblast differentiation by increasing the expression level of osteogenic master gene, such as DLX5, ALP. More study will be needed to determine the positive effect of the reversible function of HDAC inhibitors or methyltransferase inhibitors on enhancing the low osteoblast differentiation capacity of hBMSC.
Jeong, Sin-Gu;Lee, Jae-Joon;Kim, Ho-Tae;Ahn, Min-Ji;Son, Hee-Kyoung;Lee, Jun Sik;Oh, Won Keun;Cho, Tae Oh;Cho, Goang-Won
통합자연과학논문집
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제11권2호
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pp.69-75
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2018
The red algae Gracilaria vermiculophylla is widely spread around seaside areas across the globe, and has been used as a food resource in Southeast Asian countries. Previous studies have shown that Gracilaria red algae extracts have beneficial antihypercholesterolemic, antioxidant, anti-inflammatory, and antimicrobial effects. In this study, we investigated the antioxidant effects of Gracilaria vermiculophylla extracts (GV-Ex) on human bone marrow mesenchymal stem cells (hBM-MSCs). The acetone and DMSO/ethanol solvents of the tested GV contain higher total flavonoid and polyphenolic contents that can strongly scavenge reactive oxygen species (ROS). Pre-treatment with GV-Ex protected hBM-MSCs against oxidative stress induced by hydrogen peroxide treatment. The protective effects of GV-Ex treatment were confirmed by MTT assay. The elevated levels of ROS in hBM-MSCs caused by hydrogen peroxide induced oxidative stress were significantly decreased by GV extract treatment. The levels of the antioxidant proteins superoxide dismutase 1 (SOD1), superoxide dismutase 2 (SOD2), and catalase (CAT) were also restored or protected by GV-Ex treatment, suggesting that GV extracts moderate excess ROS levels and prevent cells from oxidative damage.
We investigated the therapeutic effects of microRNA-139-5p in relation to osteoporosis of bone marrow-derived mesenchymal stem cell (BMSCs) and its underlying mechanisms. In this study we used a dexamethasone-induced in vivo model of osteoporosis and BMSCs were used for the in vitro model. Real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-PCR) and gene chip were used to analyze the expression of microRNA-139-5p. In an osteoporosis rat model, the expression of microRNA-139-5p was increased, compared with normal group. Down-regulation of microRNA-139-5p promotes cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Especially, up-regulation of microRNA-139-5p reduced cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Overexpression of miR-139-5p induced Wnt/β-catenin and down-regulated NOTCH1 signaling in BMSCs. Down-regulation of miR-139-5p suppressed Wnt/β-catenin and induced NOTCH1 signaling in BMSCs. The inhibition of NOTCH1 reduced the effects of anti-miR-139-5p on cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Activation of Wnt/β-catenin also inhibited the effects of anti-miR-139-5p on cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Taken together, our results suggested that the inhibition of microRNA-139-5p promotes osteogenic differentiation of BMSCs via targeting Wnt/β-catenin signaling pathway by NOTCH1.
Yi, TacGhee;Lee, Hyun-Joo;Cho, Yun-Kyoung;Jeon, Myung-Shin;Song, Sun U.
IMMUNE NETWORK
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제14권1호
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pp.54-65
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2014
Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent, with the ability to differentiate into different cell types. Additionally, the immunomodulatory activity of MSCs can downregulate inflammatory responses. The use of MSCs to repair injured tissues and treat inflammation, including in neuroimmune diseases, has been extensively explored. Although MSCs have emerged as a promising resource for the treatment of neuroimmune diseases, attempts to define the molecular properties of MSCs have been limited by the heterogeneity of MSC populations. We recently developed a new method, the subfractionation culturing method, to isolate homogeneous human clonal MSCs (hcMSCs). The hcMSCs were able to differentiate into fat, cartilage, bone, neuroglia, and liver cell types. In this study, to better understand the properties of neurally differentiated MSCs, gene expression in highly homogeneous hcMSCs was analyzed. Neural differentiation of hcMSCs was induced for 14 days. Thereafter, RNA and genomic DNA was isolated and subjected to microarray analysis and DNA methylation array analysis, respectively. We correlated the transcriptome of hcMSCs during neural differentiation with the DNA methylation status. Here, we describe and discuss the gene expression profile of neurally differentiated hcMSCs. These findings will expand our understanding of the molecular properties of MSCs and contribute to the development of cell therapy for neuroimmune diseases.
Cho, Hee-Yeon;Baik, Young-Ae;Jeon, Suyeon;Kwak, Yoon-Hae;Kweon, Hae Yong;Jo, You Young;Lee, Kwang Gill;Park, Young Hwan;Kang, Dongchul
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제27권2호
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pp.303-311
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2013
In this study, we compared the efficiency of osteoblast differentiation media (ODM) containing three distinct reagent combinations in osteoblastic differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMSCs) in monolayer culture. In addition, we analyzed growth and differentiation of hBMSCs on silk scaffolds and examined the bone-forming activity of a nanofibrous silk scaffold in a tibia diaphysis defect model of a rat hind limb with intramedullary nailing. Although all three ODM increased alkaline phosphatase activity to a comparable extent, the ODM containing bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) was found to be significantly less effective in promoting mineral deposition than the others. Growth of hBMSCs on sponge-form silk scaffolds was faster than on nanofibrous ones, while osteoblastic differentiation was apparent in the cells grown on either type of scaffold. By contrast, bone formation was observed only at the edge of the nanofibrous scaffold implanted in the tibia diaphysis defect, suggesting that use of the silk scaffold alone is not sufficient for the reconstitution of the long bone defect. Since silk scaffolds can support cell growth and differentiation in vitro, loading MSCs on scaffolds might be necessary to improve the bone-forming activity of the scaffold in the long bone defect model.
Applications of bone marrow-derived mesenchymal stem cells in gene therapy have been hampered by the low efficiency of gene transfer to these cells. In current transduction protocols, retrovirus particles with foreign genes make only limited contact with their target cells by passive diffusion and have short life spans, thereby limiting the chances of viral infection. We theorized that mechanically agitating the virus-containing cell suspensions would increase the movement of viruses and target cells, resulting in increase of contact between them. Application of our mechanical agitation for transduction process has increased the absorption of retrovirus particles more than five times compared to the previous static method without changing cell growth rate and viability. The addition of a mechanical agitation step increased transduction efficiency to 42%, higher than that of any other previously-known static transduction protocol.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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