Stem cell-based therapy is a promising approach for treating a variety of disorders, including acute brain insults and neurodegenerative diseases. Stem cells such as mesenchymal stem cells (MSCs) secrete extracellular vesicles (EVs), circular membrane fragments (30 nm-1 ㎛) that are shed from the cell surface, carrying several therapeutic molecules such as proteins and microRNAs. Because EV-based therapy is superior to cell therapy in terms of scalable production, biodistribution, and safety profiles, it can be used to treat brain diseases as an alternative to stem cell therapy. This review presents evidences evaluating the role of stem cell-derived EVs in stroke, traumatic brain injury, and degenerative brain diseases, such as Alzheimer's disease and Parkinson' disease. In addition, stem cell-derived EVs have better profiles in biocompatibility, immunogenicity, and safety than those of small chemical and macromolecules. The advantages and disadvantages of EVs compared with other strategies are discussed. Even though EVs obtained from native stem cells have potential in the treatment of brain diseases, the successful clinical application is limited by the short half-life, limited targeting, rapid clearance after application, and insufficient payload. We discuss the strategies to enhance the efficacy of EV therapeutics. Finally, EV therapies have yet to be approved by the regulatory authorities. Major issues are discussed together with relevant advances in the clinical application of EV therapeutics.
Pedro L. Azevedo;Rhayra B. Dias;Liebert P. Nogueira;Simone Maradei;Ricardo Bigni;Jordana S. R. Aragao;Eliana Abdelhay;Renata Binato
International Journal of Stem Cells
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제15권2호
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pp.227-232
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2022
The osteogenic differentiation potential of mesenchymal stromal cells (hMSCs) is an essential process for the haematopoiesis and the maintenance of haematopoietic stem cells (HSCs). Therefore, the aim of this work was to evaluate this potential in hMSCs from AML patients (hMSCs-AML) and whether it is associated with BMP4 expression. The results showed that bone formation potential in vivo was reduced in hMSCs-AML compared to hMSCs from healthy donors (hMSCs-HD). Moreover, the fact that hMSCs-AML were not able to develop supportive haematopoietic cells or to differentiate into osteocytes suggests possible changes in the bone marrow microenvironment. Furthermore, the expression of BMP4 was decreased, indicating a lack of gene expression committed to the osteogenic lineage. Overall, these alterations could be associated with changes in the maintenance of HSCs, the leukaemic transformation process and the development of AML.
Shim, Jin-Kyoung;Kang, Seok-Gu;Lee, Ji-Hyun;Chang, Jong Hee;Hong, Yong-Kil
대한의생명과학회지
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제19권4호
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pp.295-302
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2013
Some of the pituitary adenomas are invasive and spread into neighboring tissues. In previous studies, the invasion of pituitary adenomas is thought to be associated with epithelial-mesenchymal transition (EMT). In addition to that, we thought that mesenchymal stem cells (MSCs) exist in relevant microenvironment in pituitary adenoma. However, it has been little known about the existence of MSCs from pituitary adenoma. So we investigated whether mesenchymal stem-like cells (MSLCs) can be isolated from the pituitary adenoma specimen. We isolated and cultured candidate MSLCs from the fresh pituitary adenoma specimen with the same protocols used in culturing bone marrow derived MSCs (BM-MSCs). The cultured candidate MSLCs were analyzed by fluorescence-activated cell sorting (FACS) for surface markers associated with MSCs. Candidate MSLCs were exposed to mesenchymal differentiation conditions to determine the mesenchymal differentiation potential of these cells. To evaluate the tumorigenesis of candidate MSLCs from pituitary adenoma, we implanted these cells into the brain of athymic nude mice. We isolated cells resembling BM-MSCs named pituitary adenoma stroma mesenchymal stem-like cells (PAS-MSLCs). PAS-MSLCs were spindle shaped and had adherent characteristics. FACS analysis identified that the PAS-MSLCs had a bit similar surface markers to BM-MSCs. Isolated cells expressed surface antigen, positive for CD105, CD75, and negative for CD45, NG2, and CD90. We found that these cells were capable of differentiation into adipocytes, osteocytes and chondrocytes. Tumor was not developed in the nude mice brains that were implanted with the PAS-MSLCs. In this study, we showed that MSLCs can be isolated from a pituitary adenoma specimen which is not tumorigenic.
Park, Hwan-Woo;Oh, Soonyi;Lee, Kyung Hee;Lee, Bae Hwan;Chang, Mi-Sook
International Journal of Stem Cells
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제11권2호
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pp.177-186
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2018
Background and Objectives: Glial scarring and inflammation after spinal cord injury (SCI) interfere with neural regeneration and functional recovery due to the inhibitory microenvironment of the injured spinal cord. Stem cell transplantation can improve functional recovery in experimental models of SCI, but many obstacles to clinical application remain due to concerns regarding the effectiveness and safety of stem cell transplantation for SCI patients. In this study, we investigated the effects of transplantation of human mesenchymal stem cells (hMSCs) that were genetically modified to express Olig2 in a rat model of SCI. Methods: Bone marrow-derived hMSCs were genetically modified to express Olig2 and transplanted one week after the induction of contusive SCI in a rat model. Spinal cords were harvested 7 weeks after transplantation. Results: Transplantation of Olig2-expressing hMSCs significantly improved functional recovery in a rat model of contusive SCI model compared to the control hMSC-transplanted group. Transplantation of Olig2-expressing hMSCs also attenuated glial scar formation in spinal cord lesions. Immunohistochemical analysis showed that transplanted Olig2-expressing hMSCs were partially differentiated into Olig1-positive oligodendrocyte-like cells in spinal cords. Furthermore, NF-M-positive axons were more abundant in the Olig2-expressing hMSC-transplanted group than in the control hMSC-transplanted group. Conclusions: We suggest that Olig2-expressing hMSCs are a safe and optimal cell source for treating SCI.
Bone marrow (BM) cell harvesting is a crucial element in the isolation of mesenchymal stem cells (MSCs). A simple method for harvesting cat BM cells is described. The results show that a large number of BM cells can rapidly be harvested from the cat by this simple procedure. MSCs prepared by density-gradient method were spindle-shaped morphology with bipolar or polygonal cell bodies and strongly positive for CD9 and CD44 and negative for CD18 and CD45-like. They were capable of differentiation to adipocytic and osteocytic phenotypes when exposed to appropriate induction media. The advantages of this method are its rapidity, simplicity, low invasiveness, and low donor attrition and good outcome.
Kim, Chang-Hwan;Kim, Yang-Woon;Jang, Sung-Ho;Chang, Chul-Hoon;Jung, Jae-Ho;Kim, Seong-Ho
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제40권4호
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pp.267-272
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2006
Objective : There have been recent reports that mesenchymal stromal cells that are harvested from adipose tissue are able to differentiate into neurons. In the present study, we administered adipose tissue derived stem cells in rats with cerebral infarction in order to determine whether those stem cells could enhance the recovery of motor function. Methods : Cerebral infarction was induced by intraluminal occlusion of middle cerebral artery in rats. The adipose tissue-derived mesenchymal stem cells were harvested from inguinal fat pad and proliferated for 2 weeks in DMEM media. Approximately $1{\times}10^6$ cells were injected intravenously or into subdural space of the peri-lesional area. The rotor rod test was performed at preoperative state[before MCA occlusion], and 1, 2, 3, 4, 6, 8 and 10 weeks after the cell therapy. Results : The motor functions that were assessed by rotor rod test at 1 week of the cell therapy were nearly zero among the experimental groups. However, there was apparent motor function recovery after 2 weeks and 4 weeks of cell injection in intravenously treated rats and peri-lesionaly treated rats, respectively, while there was no significant improvement till 8 weeks in vehicle treated rats. Conclusion : These results demonstrate that the adipose derived stem cell treatment improves motor function recovery in rats with cerebral infarction.
Kumar, B. Mohana;Patil, Rajreddy;Lee, Sung-Lim;Rho, Gyu-Jin
Reproductive and Developmental Biology
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제36권4호
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pp.283-290
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2012
Skin serves as an easily accessible source of multipotent stem cells with potential for cellular therapies. In pigs, stem cells from skin tissues of fetal and adult origins have been demonstrated as either floating spheres (cell aggregates) or adherent spindle-shaped mesenchymal stem cell (MSC)-like cells depending on culture conditions. The cells isolated from the epidermis and dermis of porcine skin showed plastic adherent growth in the presence of serum and positively expressed a range of surface and intracellular markers that are considered to be specific for MSCs. The properties of primitive stem cells have been observed with the expression of alkaline phosphatase and markers related to pluripotency. Further, studies have shown the ability of skin-derived MSCs to differentiate in vitro along mesodermal, neuronal and germ-line lineages. Moreover, preclinical studies have also been performed to assess their in vivo potential, and the findings appear to be effective in tissue regeneration at the defected site after transplantation. The present review describes the recent progress on the biological features of porcine skin-derived MSCs as adherent cells, and summarizes their potential in advancing stem cell based therapies.
With the progress of regenerative medicine, mesenchymal stem cells (MSCs) have received attention as a way to restore ovarian function. It has been reported that MSCs derived from bone marrow, adipose, umbilical cord blood, menstrual blood, and amniotic fluid improved ovarian function. In light of previous studies and advances in this field, there are increased expectations regarding the utilization of MSCs to restore ovarian function. This review summarizes recent research into potential applications of MSCs in women with infertility or primary ovarian insufficiency, including cases where these conditions are induced by anticancer therapy.
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.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제36권1호
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pp.7-15
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2010
Complex human tissues harbor stem cells and precursor cells, which are responsible for tissue development or repair. Recently, dental tissues such as dental pulp, periodontal ligament (PDL), dental follicle have been identified as easily accessible sources of undifferentiated cells. These tissues contain mesenchymal stem cells that can be differentiate into bone, cartilage, fat or muscle by exposing them to specific growth conditions. In this study, the authors procured the stem cell from pulp, PDL, and dental follicle and differentiate them into osteoblast and examine the bone induction capacity. Dental pulp stem cell (DPSC), periodontal ligament stem cell (PDLSC), and dental follicle precursor cell (DFPC) were obtained from human 3rd molar and cultured. Each cell was analyzed for presence of stem cell by fluorescence activated cell sorter (FACs) against CD44, CD105 and CD34, CD45. Each stem cell was cultured, expanded and grown in an osteogenic culture medium to allow formation of a layer of extracellular bone matrix. Osteogenic pathway was checked by alizarin red staining, alkaline phosphatase (ALP) activity test and RT-PCR for ALP and osteocalcin (OCN) gene expression. According to results from FACs, mesenchymal stem cell existed in pulp, PDL, and dental follicle. As culturing with bone differentiation medium, stem cells were differentiated to osteoblast like cell. Compare with stem cell from pulp, PDL and dental follicle-originated stem cell has more osteogenic effect and it was assumed that the character of donor cell was able to affect on differential potency of stem cell. From this article, we are able to verify the pulp, PDL, and dental follicle from extracted tooth, and these can be a source of osteoblast and stem cell for tissue engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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