Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is the most common and severe type of idiopathic interstitial pneumonias (IIP), and which is currently no method was developed to restore normal structure and function. There are several reports on therapeutic effects of adult stem cell transplantations in animal models of pulmonary fibrosis. However, little is known about how mesenchymal stem cell (MSC) can repair the IPF. In this study, we try to provide the evidence to show that transplanted mesenchymal stem cells directly replace fibrosis with normal lung cells using IPF model mice. As results, transplanted MSC successfully integrated and differentiated into type II lung cell which express surfactant protein. In the other hand, we examine the therapeutic effects of microvesicle treatment, which were released from mesenchymal stem cells. Though the therapeutic effects of MV treatment is less than that of MSC treatment, MV treat-ment meaningfully reduced the symptom of IPF, such as collagen deposition and inflammation. These data suggest that stem cell transplantation may be an effective strategy for the treatment of pulmonary fibrosis via replacement and cytoprotective effect of microvesicle released from MSCs.
Kim, Kee Won;Park, Suk Young;Lee, Kyung Bock;Kim, Hyun-su
IMMUNE NETWORK
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v.4
no.2
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pp.88-93
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2004
Background: Bone marrow mesenchymal stem cells (MSC) inhibit the immune response of lymphocytes to specific antigens and dendritic cells (DC) are professional antigenpresenting cells whose function is to present antigen to naive T-lymphocytes with high efficiency and play a central role in the regulation of immune response. We studied the effects of MSC on DC to evaluate the relationship between MSC and DC in transplantation immunology. Methods: MSC were expanded from the bone marrow and DC were cultured from peripheral blood mononuclear cells (PBMNC) of 6 myelogenous leukemia after achieving complete response. Responder cells isolated from PBMNC and lysates of autologous leukemic cells are used as tumor antigen. The effect of MSC on the DC was analyzed by immunophenotype properties of DC and by proliferative capacity and the amount of cytokine production with activated PBMNC against the allogeneic lymphocytes. Also, cytotoxicity tests against leukemic cells studied to evaluate the immunologic effect of MSC on the DC. Results: MSC inhibit the CD83 and HLA-class II molecules of antigen-loaded DC. The proliferative capacity and the amount of INF-$\gamma$ production of lymphocytes to allogeneic lymphocytes were decreased in DC co-cultured with MSC. Also the cytotoxic activity of lymphocytes against leukemic cells was decreased in DC co-cultured with MSC. Conclusion: MSC inhibit the activation and immune response of DC induced by allogeneic or tumor antigen.
Mesenchymal stem cells (MSCs) offer significant therapeutic promise for various regenerative therapies. However, MSC-based therapy for injury exhibits low efficacy due to the pathological environment in target tissues and the differences between in vitro and in vivo conditions. To address this issue, we developed adipose-derived MSC spheroids as a novel delivery method to preserve the stem cell microenvironment. MSC spheroids were generated by suspension culture for 3 days, and their sizes increased in a time-dependent manner. After re-attachment of MSC spheroids to the plastic dish, their adhesion capacity and morphology were not altered. MSC spheroids showed enhanced production of hypoxia-induced angiogenic cytokines such as vascular endothelial growth factor (VEGF), stromal cell derived factor (SDF), and hepatocyte growth factor (HGF). In addition, spheroid culture promoted the preservation of extracellular matrix (ECM) components, such as laminin and fibronectin, in a culture time- and spheroid size-dependent manner. Furthermore, phosphorylation of AKT, a cell survival signal, was significantly higher and the expression of pro-apoptotic molecules, poly (ADP ribose) polymerase-1 (PARP-1) and cleaved caspase-3, was markedly lower in the spheroids than in MSCs in monolayers. In the murine hindlimb ischemia model, transplanted MSC spheroids showed better proliferation than MSCs in monolayer. These findings suggest that MSC spheroids promote MSC bioactivities via secretion of angiogenic cytokines, preservation of ECM components, and regulation of apoptotic signals. Therefore, MSC spheroid-based cell therapy may serve as a simple and effective strategy for regenerative medicine.
Jo, Jung-Youn;Kang, Sung-Keun;Choi, In-Su;Ra, Jeong-Chan
Development and Reproduction
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v.13
no.4
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pp.227-237
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2009
Recently, adipose mesenchymal stem cells (AdMSC) that are similar to bone marrow MSC and blood derived MSC are thought to be another source for stem cell therapy. However, the diseases that can be applied for stem cells therapy are age-dependent degenerative diseases. Accordingly, the present study investigated the growth and differentiation potential to neural cells of human AdMSC (hAdMSC) obtained from aged thirty, forty and fifty. The growth of cells and cell viability were measured by passage and neural differentiation of hAdMSC was induced in neural differentiation condition for 10 days. Our results demonstrated that cell number, viability and morphology were not different from hAdMSC by age and passage. Immunofluorescence analysis of neural cell marker (TuJ1, NSE, Sox2, GFAP or MAP2) demonstrated no significant differences in neural cell differentiation by age and passage. As the number of passage was increased, the mRNA level of MAP2 and Sox2 was decreased in hAdMSC from age of 50 compared to hAdMSC from age of 30. In conclusion, the present study demonstrated that ability of neural cell differentiation of hAdMSC was maintained with ages, suggesting that autologous stem cells from aged people can be applied for stem cell therapy with age-dependent neural disease with the same stem cell quality and ability as stem cell derived from young age.
Park, Soon-Jung;Jeon, Young-Joo;Kim, Ju-Mi;Shin, Jeong-Min;Chae, Jung-Il;Chung, Hyung-Min
Reproductive and Developmental Biology
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v.34
no.3
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pp.143-151
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2010
Pluripotency of human embryonic stem cell (hESC) is one of the most valuable ability of hESCs for applying cell therapy field, but also showing side effect, for example teratoma formation. When transplant multipotent stem cell, such as mesnchymal stem cell (MSC) which retains similar differentiation ability, they do not form teratoma in vivo, but there exist limitation of cellular source supply. Accordingly, differentiation of hESC into MSC will be promising cellular source with strong points of both hESC and MSC line. In this study, we described the derivation of MSC like cell population from feeder free cultured hESC (hESC-MSC) using direct differentiation system. Cells population, hESC-MSC and bone marrow derived MSC (BM-MSC) retained similar characteristics in vitro, such as morphology, MSC specific marker expression and differentiation capacity. At the point of differentiation of both cell populations, differentiation rate was slower in hESC-MSC than BM-MSC. As these reason, to verify differentially expressed molecular condition of both cell population which bring out different differentiation rate, we compare the molecular condition of hESC-MSC and BM-MSC using 2-D proteomic analysis tool. In the proteomic analysis, we identified 49 differentially expressed proteins in hESC-MSC and BM-MSC, and they involved in different biological process such as positive regulation of molecular function, biological process, cellular metabolic process, nitrogen compound metabolic process, macromolecule metabolic process, metabolic process, molecular function, and positive regulation of molecular function and regulation of ubiquitin protein ligase activity during mitotic cell cycle, cellular response to stress, and RNA localization. As the related function of differentially expressed proteins, we sought to these proteins were key regulators which contribute to their differentiation rate, developmental process and cell proliferation. Our results suggest that the expressions of these proteins between the hESC-MSC and BM-MSC, could give to us further evidence for hESC differentiation into the mesenchymal stem cell is associated with a differentiation factor. As the initial step to understand fundamental difference of hESC-MSC and BM-MSC, we sought to investigate different protein expression profile. And the grafting of hESC differentiation into MSC and their comparative proteomic analysis will be positively contribute to cell therapy without cellular source limitation, also with exact background of their molecular condition.
Due to their stem-like characteristics and immunosuppressive properties, Mesenchymal stem cells (MSCs) offer remarkable potential in regenerative medicine. Much effort has been devoted to enhancing the efficacy of MSC therapy by enhancing MSC migration. In this study, we identified deubiquitinase BRCA1-associated protein 1 (BAP1) as an inhibitor of MSC migration. Using deubiquitinase siRNA library screening based on an in vitro wound healing assay, we found that silencing BAP1 significantly augmented MSC migration. Conversely, BAP1 overexpression reduced the migration and invasion capabilities of MSCs. BAP1 depletion in MSCs upregulates ERK phosphorylation, thereby increasing the expression of the migration factor, osteopontin. Further examination revealed that BAP1 interacts with phosphorylated ERK1/2, deubiquitinating their ubiquitins, and thus attenuating the ERK signaling pathway. Overall, our study highlights the critical role of BAP1 in regulating MSC migration through its deubiquitinase activity, and suggests a novel approach to improve the therapeutic potential of MSCs in regenerative medicine.
Kim, Sun-Hwa;Moon, Hyung-Ho;Chung, Bong-Genn;Choi, Dong-Hoon
Journal of Pharmaceutical Investigation
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v.40
no.6
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pp.333-337
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2010
Combining cell- and gene-based therapy is a promising therapeutic strategy in regenerative medicine. The aim of this study was to develop genetically modified mesenchymal stem cell (MSC) aggregates using a poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogel micro-well array technique. Stable PEG hydrogel micro-well arrays with diameters of 200 to $500\;{\mu}m$ were fabricated and used to generate genetically engineered MSC aggregates. Rat bone marrow-derived MSCs were transfected with a green fluorescent protein (GFP) plasmid as a reporter gene, and aggregated by culturing in the PEG hydrogel micro-well arrays. The resultant cell aggregates had a mean diameter of less than $200\;{\mu}m$, and maintained the mesenchymal phenotype even after genetic modification and cell aggregation. Transplantation of MSC aggregates that are genetically modified to express therapeutic or cell-survival genes may be a potential therapeutic approach for regenerative medicine.
Mesenchymal stem cells (MSCs) have been widely used as cellular therapeutic agents. They have their own characteristic stemness, and thus, they can be used in the treatment of many chronic diseases and in anticancer therapy. MSC therapy has many advantages over chemical therapy. MSC therapy is based on self or homogeneous origin; as such, it is expected to be effective in the treatment of various diseases. In addition, microRNAs in particular have been studied for their structure and function, and they are also expected to prove effective for use as therapeutic agents in cancer or chronic diseases. MicroRNAs are largely associated with metabolism and homeostasis. Therefore, over- or under-expression of microRNAs leads to chronic diseases. Conversely, effective control of the expression of specific microRNAs reduces the risk of many chronic diseases. However, there have been no reports thus far on the synergistic effects of MSCs and microRNAs. Therefore, in this study, we examined the relationship between MSCs and microRNAs using placenta-derived MSCs (PDSCs), bone marrow-derived MSCs (BM-MSCs), and fibroblast (WI-38) cells. We studied the expression of some microRNAs in MSCs and compared the expression in each cell line and cell passage. As a result, we found that the expression of microRNA-34a was higher in PDSCs than in BM-MSCs and that the expression of microRNA-27a, 33a, 33b, and 211 was higher in BM-MSCs than in PDSCs. Therefore, we expect that each MSC line will be used as cell therapy, considering its expressed functional microRNA.
Mesenchymal stem cells (MSCs) have been widely used as donor cells for somatic cell nuclear transfer (SCNT) to increase the efficiency of embryo cloning. Since replicative senescence reduces the efficiency of embryo cloning in MSCs during in vitro expansion, transfection of telomerase reverse transcriptase (TERT) into MSCs has been used to suppress the replicative senescence. Here, TERT-transfected MSCs in comparison with early passage MSCs (eMSCs) and sham-transfected MSCs (sMSCs) were used to evaluate the effects of embryo cloning with SCNT in a porcine model. Cloned embryos from tMSC, eMSC, and sMSC groups were indistinguishable in their fusion rate, cleavage rate, total cell number, and gene expression levels of OCT4, SOX2 and NANOG during the blastocyst stage. The blastocyst formation rates of tMSC and sMSC groups were comparable but significantly lower than that of the eMSC group (p < 0.05). In contrast, tMSC and eMSC groups demonstrated significantly reduced apoptotic incidence (p < 0.05), and decreased BAX but increased BCL2 expression in the blastocyst stage compared to the sMSC group (p < 0.05). Therefore, MSCs transfected with telomerase reverse transcriptase do not affect the overall development of the cloned embryos in porcine SCNT, but enables to maintain embryo quality, similar to apoptotic events in SCNT embryos typically achieved by an early passage MSC. This finding offers a bioengineering strategy in improving the porcine cloned embryo quality.
Human mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent stem cells that have been intensively studied as therapeutic tools for a variety of disorders. To enhance the efficacy of MSCs, therapeutic genes are introduced using retroviral and lentiviral vectors. However, serious adverse events (SAEs) such as tumorigenesis can be induced by insertional mutagenesis. We generated lentiviral vectors encoding the wild-type herpes simplex virus thymidine kinase (HSV-TK) gene and a gene containing a point mutation that results in an alanine to histidine substitution at residue 168 (TK(A168H)) and transduced expression in MSCs (MSC-TK and MSC-TK(A168H)). Transduction of lentiviral vectors encoding the TK(A168H) mutant did not alter the proliferation capacity, mesodermal differentiation potential, or surface antigenicity of MSCs. The MSC-TK(A168H) cells were genetically stable, as shown by karyotyping. MSC-TK(A168H) responded to ganciclovir (GCV) with an half maximal inhibitory concentration (IC50) value 10-fold less than that of MSC-TK. Because MSC-TK(A168H) cells were found to be non-tumorigenic, a U87-TK(A168H) subcutaneous tumor was used as a SAE-like condition and we evaluated the effect of valganciclovir (vGCV), an oral prodrug for GCV. U87-TK(A168H) tumors were more efficiently ablated by 200 mg/kg vGCV than U87-TK tumors. These results indicate that MSC-TK(A168H) cells appear to be pre-clinically safe for therapeutic use. We propose that genetic modification with HSV-TK(A168H) makes allogeneic MSC-based ex vivo therapy safer by eliminating transplanted cells during SAEs such as uncontrolled cell proliferation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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