Purpose: To evaluate the differentiation potential of stem cells and their immunophenotype from 3 different sources. Methods: Our study involved three stem cell sources-subacromial bursal tissue, bone marrow, and umbilical cord blood. We obtained the subacromial bursal tissue and bone marrow from the patients undergoing shoulder surgery. After collecting the sample, we applied specific induction media for neurogenic, adipogenic and osteogenic differentiation. Also, flow-cytometry analysis was done to reveal the cell surface antigens. Results: We obtained 100% (8 cases) neural and adipogenic differentiation, but 62.5% (5 of 8 cases) osseous differentiation among the subacromial bursal tissue group. Bone marrow derived cells showed 100% neural (6 cases) and adipogenic (5 cases) differentiation, but 80% (4 of 5 cases) osseous differentiation. Umbilical cord blood derived cells revealed 97% (65 of 67 cases) neural, 53.7% (29 of 54 cases) adipogenic and 68.4% (39 of 57 cases) osseous differentiation. Immunophenotype analysis revealed that surface markers of bone marrow, subacromial bursal cell and umbilical cord blood derived mesenchymal stem cells are different from each other. Conclusions: Mesenchymal stem cells are potential agents in regenerative medicine and are characterized by expression of surface markers and by their differentiation potential. Our study with stem cells from subacromial bursal tissue, bone marrow and umbilical cord discovered that each stem cell has unique differentiation potential and function based on its origin. Various stem cells show multi-lineage differentiations in vitro which can be correlated to in vivo conditions.
Background: Incretin impairment, characterized by insufficient secretion of L-cell-derived glucagon-like peptide-1 (GLP-1), is a defining step of type 2 diabetes mellitus (T2DM). Ginsenoside compound K (CK) can stimulate GLP-1 secretion; however, the potential mechanism underlying this effect has not been established. Methods: CK (40 mg/kg) was administered orally to male db/db mice for 4 weeks. The body weight, oral glucose tolerance, GLP-1 secretion, gut microbiota sequencing, bile acid (BA) profiles, and BA synthesis markers of each subject were then analyzed. Moreover, TGR5 expression was evaluated by immunoblotting and immunofluorescence, and L-cell lineage markers involved in L-cell abundance were analyzed. Results: CK ameliorated obesity and impaired glucose tolerance in db/db mice by altering the gut microbiota, especially Ruminococcaceae family, and this changed microbe was positively correlated with secondary BA synthesis. Additionally, CK treatment resulted in the up-regulation of CYP7B1 and CYP27A1 and the down-regulation of CYP8B1, thereby shifting BA biosynthesis from the classical pathway to the alternative pathway. CK altered the BA pool by mainly increasing LCA and DCA. Furthermore, CK induced L-cell number expansion leading to enhanced GLP-1 release through TGR5 activation. These increases were supported by the upregulation of genes governing GLP-1 secretion and L-cell differentiation. Conclusions: The results indicate that CK improves glucose homeostasis by increasing L-cell numbers, which enhances GLP-1 release through a mechanism partially mediated by the gut microbiota-BA-TGR5 pathway. Therefore, that therapeutic attempts with CK might be useful for patients with T2DM.
It has been reported that bone marrow (BM)-side population (SP) cells, with hematopoietic stem cell activity, can transdifferentiate into cardiomyocytes and contribute to myocardial repair. However, this has been questioned by recent studies showing that hematopoietic stem cells (HSCs) adopt a hematopoietic cell lineage in the ischemic myocardium. The present study was designed to investigate whether BM-SP cells can in fact transdifferentiate into functional cardiomyocytes. Phenotypically, BM-SP cells were $19.59%{\pm}9.00\;CD14^+$, $8.22%{\pm}2.72\;CD34^+$, $92.93%{\pm}2.68\;CD44^+$, $91.86%{\pm}4.07\;CD45^+$, $28.48%{\pm}2.24\;c-kit^+$, $71.09%{\pm}3.67\;Sca-1^+$. Expression of endothelial cell markers (CD31, Flk-1, Tie-2 and VEGF-A) was higher in BM-SP cells than whole BM cells. After five days of co-culture with neonatal cardiomyocytes, $7.2%{\pm}1.2$ of the BM-SP cells expressed sarcomeric ${\alpha}$-actinin as measured by flow cytometry. Moreover, BM-SP cells co-cultured on neonatal cardiomyocytes fixed to inhibit cell fusion also expressed sarcomeric ${\alpha}$-actinin. The co-cultured BM-SP cells showed neonatal cardiomyocyte-like action potentials of relatively long duration and shallow resting membrane potential. They also generated calcium transients with amplitude and duration similar to those of neonatal cardiomyocytes. These results show that BM-SP cells are capable of functional cardiomyogenic differentiation when co-cultured with neonatal cardiomyocytes.
Background and Objectives : Cartilage reconstruction is one of medical issue in otolaryngology. Tissue engineering is presently being utilized in part of cartilage repair. Sources of cells for tissue engineering are chondrocyte from mature cartilage and bone marrow mesenchymal stem cells that are able to differentiate into chondrocyte. Recent studies have shown that adipose tissue have mesenchymal stem cells which can differentiate into adipogenic, chondrogenic myogenic osteogenic cells and neural cell in vitro. In this study, we have examined chondrogenic potential of the canine adipose tissue-derived mesenchymal stem cell(ATSC). Materials and Methods : We harvested canine adipose tissue from inguinal area. ATSCs were enzymatically released from canine adipose tissue. Under appropriate culture conditions, ATSCs were induced to differentiate into the chondrocyte lineages using micromass culture technique. We used immunostain to type II collagen and toluidine blue stain to confirm chondrogenic differentiation of ATSCs. Results : We could isolate ATSCs from canine adipose tissue. ATSCs expressed CD29 and CD44 which are specific surface markers of mesenchymal stem cell. ATSCs differentiated into micromass that has positive response to immunostain of type II collagen and toluidine blue stain. Conclusion : In vitro, ATSCs differentiated into cells that have characteristic cartilage matrix molecules in the presence of lineage-specific induction factors. Adipose tissue may represent an alternative source to bone marrow-derived MSCs.
Shim, Su Kyung;Oh, Deuk Young;Jun, Young Joon;Lee, Paik Kwon;Ahn, Sang Tae;Rhie, Jong Won
Archives of Plastic Surgery
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v.34
no.1
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pp.1-7
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2007
Purpose: Human adipose tissue-derived stromal cells(hADSCs) can be expanded in vitro and induced to differentiate into multiple mesenchymal cell types. In this study we have examined various neuronal phenotypes and gene expression profiles of the hADSCs in the neuronal induction. Methods: The hADSCs were isolated from human adipose tissue and they were characterized by the flow cytometry analysis using CD13, CD29, CD34, CD45, CD49d, CD90, CD105 and HLA-DR cell surface markers. We differentiated the hADSCs into the neuronal lineage by using chemical induction medium and observed the cells with contrast microscopy. The immunocytochemistry and western blotting were performed using the NSE, NeuN, Trk-A, Vimentin, N-CAM, S-100 and ${\beta}$-Tubulin III antibodies. Results: The hADSCs were positive for CD13($90.3{\pm}4%$), CD29($98.9{\pm}0.7%$), CD49d($13.6{\pm}6%$), CD90 ($99.4{\pm}0.1%$), CD105($96%{\pm}2.8%$) but negative for CD34, CD45 and HLA-DR. The untreated cultures of hADSCs predominately consisted of spindle shaped cells and a few large, flat cells. Three hours after the addition of induction medium, the hADSCs had changed morphology and adopted neuronal-like phenotypes. The result of immunocytochemistry and western blotting showed that NSE, NeuN, Trk-A, Vimentin, N-CAM, S-100 and ${\beta}$-Tubulin III were expressed. However, NSE, NeuN, Vimentin were weakly expressed in the control. Conclusion: Theses results indicate that hADSCs have the capabillity of differentiating into neuronal lineage in a specialized culture medium. hADSCs may be useful in the treatment of a wide variety of neurological disorders.
Resveratrol (RES) plays a critical role in the fate of cells and longevity of animals via activation of the sirtuins1 (SIRT1) gene. In the present study, we intend to investigate whether RES could promote the self-renewal and neural-lineage differentiation in human umbilical cord derived MSCs (hUC-MSCs) in vitro at concentrations ranging from 0.1 to $10{\mu}M$, and whether it exerts the effects by modulating the SIRT1 signaling. Herein, we demonstrated that RES at the concentrations of 0.1, 1 and $2.5{\mu}M$ could promote cell viability and proliferation, mitigate senescence and induce expression of SIRT1 and Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA) while inhibit the expression of p53 and p16. However, the effects were reversed by 5 and $10{\mu}M$ of RES. Furthermore, RES could promote neural differentiation in a dose-dependent manner as evidenced by morphological changes and expression of neural markers (Nestin, ${\beta}III-tubulin$ and NSE), as well as pro-neural transcription factors Neurogenin (Ngn)1, Ngn2 and Mash1. Taken together, RES exerts a dosage-dependent effect on the self-renewal and neural differentiation of hUC-MSCs via SIRT1 signaling. The current study provides a new strategy to regulate the fate of hUC-MSCs and suggests a more favorable in vitro cell culture conditions for hUCMSCs-based therapies for some intractable neurological disorders.
Park, Hyo-Eun;Lee, Soo-Young;Ahn, Hyun-Young;Shin, Jong-Cheol;Chang, Young-Tae;Joe, Young-Ae
Biomolecules & Therapeutics
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v.11
no.2
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pp.85-90
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2003
Microtubule-binding molecules have been developed as anti-cancer agents to overcome the toxicities of current chemotherapeutics and also have potential for use as anti-angiogenic agents. In this work, we examined the effect of novel triazine compounds, Tubulyzines (microTUBUle LYsing triaZINE), derived from the orthogonal synthesis of a triazine library, on endothelial progenitor cell differentiation. When mononuclear cells isolated from human cord blood were cultured on fibronectin-coated plates for 7 days, all the Tubulyzine compounds A, B, and C (TA, TB, and TC) tested decreased the number of adherent cells in a dose-dependent manner in a coo. centration ranges of 2-5 to $80\mu\textrm{M}$. TA ($IC_{50}$=$20\mu\textrm{M}$) showed slightly more potent activity than TB and TC. Adherent cells treated with TA also exhibited a lower level of ability to ac-LDL uptake, with low ratios of positive cells out of total adherent cells, in a dose-dependent manner and weak expression of endothelial lineage markers, KDR, CD31, and vWF at $20\mu\textrm{M}$. Therefore, these results suggest that tubulyzine A (TA) can be effectively used for the inhibition of new vessel growth by inhibiting differentiation of endothelial progenitor cells.
Follicular helper T cells (Tfh) play a significant role in providing T cell help to B cells during the germinal center reaction, where somatic hypermutation, affinity maturation, isotype class switching, and the differentiation of memory B cells and long-lived plasma cells occur. Antigen-specific T cells with IL-6 and IL-21 upregulate CXCR5, which is required for the migration of T cells into B cell follicles, where these T cells mature into Tfh. The surface markers including PD-1, ICOS, and CD40L play a significant role in providing T cell help to B cells. The upregulation of transcription factor Bcl-6 induces the expression of CXCR5, which is an important factor for Tfh differentiation, by inhibiting the expression of other lineage-specific transcription factors such as T-bet, GATA3, and RORγt. Surprisingly, recent evidence suggests that CD4 T cells already committed to Th1, Th2, and Th17 cells obtain flexibility in their differentiation programs by downregulating T-bet, GATA3, and RORγt, upregulating Bcl-6 and thus convert into Tfh. Limiting the numbers of Tfh within germinal centers is important in the regulation of the autoantibody production that is central to autoimmune diseases. Recently, it was revealed that the germinal center reaction and the size of the Tfh population are also regulated by thymus-derived follicular regulatory T cells (Tfr) expressing CXCR5 and Foxp3. Dysregulation of Tfh appears to be a pathogenic cause of autoimmune disease suggesting that tight regulation of Tfh and germinal center reaction by Tfr is essential for maintaining immune tolerance. Therefore, the balance between Tfh and Tfr appears to be a critical peripheral tolerance mechanism that can inhibit autoimmune disorders.
Human bone marrow mesenchymal stem cells (hBM-MSCs) can differentiate into various cell types including osteoblasts, adipocytes, chondrocytes, and myocytes. Previous studies, including our own, have shown that MSCs can also differentiate into neuron-like cells. However, their rate of neuronal differentiation is not sufficient for application to stem cell therapy, which requires well-defined cell types. For this purpose, we first examined the expression of neuronal lineage markers (GFAP, MAP-2, KCNH1, Nestin, NF-M, and Tuj-1) by real-time PCR, western blot, and immunocytochemical staining. The expressions of the astrocyte marker GFAP and neuronal markers NF-M and Tuj-1 increased in neuronal differentiated MSCs (dMSCs). To improve the neuronal differentiation efficiency, PDE4, an important signaling intermediator in the progression of neuronal differentiation, was modulated using well-known inhibitors such as rolipram or resveratrol and then differentiated into neuronal cells (Roli- or RSV-dMSCs). The expressions of NF-M, Tuj-1 were increased while that of GFAP decreased in Roli- and RSV-dMSCs, which were examined by real-time PCR, western blot, and immunocytochemical staining. From these experiments, we have found that the neuronal differentiation efficiency can be ameliorated by the modulation of PDE4 activity.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.38
no.6
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pp.343-353
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2012
Objectives: This aim of this study was to effectively isolate mesenchymal stem cells (hSMSCs) from human submandibular skin tissues (termed hSMSCs) and evaluate their characteristics. These hSMSCs were then chemically induced to the neuronal lineage and analyzed for their neurogenic characteristics in vitro. Materials and Methods: Submandibular skin tissues were harvested from four adult patients and cultured in stem cell media. Isolated hSMSCs were evaluated for their multipotency and other stem cell characteristics. These cells were differentiated into neuronal cells with a chemical induction protocol. During the neuronal induction of hSMSCs, morphological changes and the expression of neuron-specific proteins (by fluorescence-activated cell sorting [FACS]) were evaluated. Results: The hSMSCs showed plate-adherence, fibroblast-like growth, expression of the stem-cell transcription factors Oct 4 and Nanog, and positive staining for mesenchymal stem cell (MSC) marker proteins (CD29, CD44, CD90, CD105, and vimentin) and a neural precursor marker (nestin). Moreover, the hSMSCs in this study were successfully differentiated into multiple mesenchymal lineages, including osteocytes, adipocytes, and chondrocytes. Neuron-like cell morphology and various neural markers were highly visible six hours after the neuronal induction of hSMSCs, but their neuron-like characteristics disappeared over time (24-48 hrs). Interestingly, when the chemical induction medium was changed to Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) supplemented with fetal bovine serum (FBS), the differentiated cells returned to their hSMSC morphology, and their cell number increased. These results indicate that chemically induced neuron-like cells should not be considered true nerve cells. Conclusion: Isolated hSMSCs have MSC characteristics and express a neural precursor marker, suggesting that human skin is a source of stem cells. However, the in vitro chemical neuronal induction of hSMSC does not produce long-lasting nerve cells and more studies are required before their use in nerve-tissue transplants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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