Ok-Hyeon Kim;Tae Jin Jeon;Young In So;Yong Kyoo Shin;Hyun Jung Lee
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.3
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pp.251-259
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2023
Mesenchymal stromal cells (MSCs) have attracted scientific and medical interest due to their self-renewing properties, pluripotency, and paracrine function. However, one of the main limitations to the clinical application of MSCs is their loss of efficacy after transplantation in vivo. Various bioengineering technologies to provide stem cell niche-like conditions have the potential to overcome this limitation. Here, focusing on the stem cell niche microenvironment, studies to maximize the immunomodulatory potential of MSCs by controlling biomechanical stimuli, including shear stress, hydrostatic pressure, stretch, and biophysical cues, such as extracellular matrix mimetic substrates, are discussed. The application of biomechanical forces or biophysical cues to the stem cell microenvironment will be beneficial for enhancing the immunomodulatory function of MSCs during cultivation and overcoming the current limitations of MSC therapy.
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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v.15
no.2
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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.
Objective: To investigate the stem cell-like characteristics of human periodontal ligament (PDL) stromal cells outgrown from orthodontically extracted premolars and to evaluate the potential for myogenic differentiation. Methods: PDL stromal cells were obtained from extracted premolars by using the outgrowth method. Cell morphological features, self-replication capability, and the presence of cell-surface markers, along with osteogenic, adipogenic, and chondrogenic differentiation, were confirmed. In addition, myogenic differentiation was induced by the use of 5-aza-2'-deoxycytidine (5-Aza) for DNA demethylation. Results: PDL stromal cells showed growth patterns and morphological features similar to those of fibroblasts. In contrast, the proliferation rates of premolar PDL stromal cells were similar to those of bone marrow and adipogenic stem cells. PDL stromal cells expressed surface markers of human mesenchymal stem cells (i.e., CD90 and CD105), but not those of hematopoietic stem cells (i.e., CD31 and CD34). PDL stromal cells were differentiated into osteogenic, adipogenic, and chondrogenic lineages. Myotube structures were induced in PDL stromal cells after 5-Aza pretreatment, but not in the absence of 5-Aza pretreatment. Conclusions: PDL stromal cells isolated from extracted premolars can potentially be a good source of postnatal stem cells for oromaxillofacial regeneration in bone and muscle.
Go, Gyeongyun;Yoon, Yeo Min;Yoon, Sungtae;Lee, Gaeun;Lim, Ji Ho;Han, Su-Yeon;Lee, Sang Hun
Biomolecules & Therapeutics
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v.30
no.1
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pp.28-37
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2022
Treatment options for patients with chronic kidney disease (CKD) are currently limited; therefore, there has been significant interest in applying mesenchymal stem/stromal cell (MSC)-based therapy to treat CKD. However, MSCs harvested from CKD patients tend to show diminished viability and proliferation due to sustained exposure to uremic toxins in the CKD environment, which limits their utility for cell therapy. The application of melatonin has been demonstrated to improve the therapeutic efficacy of MSCs derived from and engrafted to tissues in patients suffering from CKD, although the underlying biological mechanism has not been elucidated. In this study, we observed overexpression of hexokinase-2 (HK2) in serum samples of CKD patients and MSCs harvested from an adenine-fed CKD mouse model (CKD-mMSCs). HK2 upregulation led to increased production levels of methylglyoxal (MG), a toxic metabolic intermediate of abnormal glycolytic processes. The overabundance of HK2 and MG was associated with impaired mitochondrial function and low cell proliferation in CKD-mMSCs. Melatonin treatment inhibited the increases in HK2 and MG levels, and further improved mitochondrial function, glycolytic metabolism, and cell proliferation. Our findings suggest that identifying and characterizing metabolic regulators such as HK2 in CKD may improve the efficacy of MSCs for treating CKD and other kidney disorders.
Objectives: The aim was to confirm the stem cell-like properties of the dental pulp stromal cells and to evaluate the morphologic changes during in vitro chondrogenesis. Materials and Methods: Stromal cells were outgrown from the dental pulp tissue of the premolars. Surface markers were investigated and cell proliferation rate was compared to other mesenchymal stem cells. Multipotency of the pulp cells was confirmed by inducing osteogenesis, adipogenesis and chondrogenesis. The morphologic changes in the chondrogenic pellet during the 21 day of induction were evaluated under light microscope and transmission electron microscope. TUNEL assay was used to evaluate apoptosis within the chondrogenic pellets. Results: Pulp cells were CD90, 105 positive and CD31, 34 negative. They showed similar proliferation rate to other stem cells. Pulp cells differentiated to osteogenic, adipogenic and chondrogenic tissues. During chondrogenesis, 3-dimensional pellet was created with multi-layers, hypertrophic chondrocyte-like cells and cartilage-like extracellular matrix. However, cell morphology became irregular and apoptotic cells were increased after 7 day of chondrogenic induction. Conclusions: Pulp cells indicated mesenchymal stem cell-like characteristics. During the in vitro chondrogenesis, cellular activity was superior during the earlier phase (within 7 day) of differentiation.
Chondroitin sulfate proteoglycan (CSPG) inhibits neurite outgrowth of various neuronal cell types, and CSPG-associated inhibition of neurite outgrowth is mediated by the Rho/ROCK pathway. Mesenchymal stromal/stem cells (MSCs) have the potential to differentiate into neuron-like cells under specific conditions and have been shown to differentiate into neuron-like cells by co-treatment with the ROCK inhibitor Y27632 and the hypoxia condition mimicking agent $CoCl_2$. In this study, we addressed the hypothesis that a ROCK inhibitor might be beneficial to regenerate neurons during stem cell therapy by preventing transplanted MSCs from inhibition by CSPG in damaged tissues. Indeed, dose-dependent inhibition by CSPG pretreatment was observed during morphological changes of Wharton's jelly-derived MSCs (WJ-MSCs) induced by Y27632 alone. The formation of neurite-like structures was significantly inhibited when WJ-MSCs were pre-treated with CSPG before induction under Y27632 plus $CoCl_2$ conditions, and pretreatment with a protein kinase C inhibitor reversed such inhibition. However, CSPG treatment resulted in no significant inhibition of the WJ-MSC morphological changes into neuron-like cells after initiating induction by Y27632 plus $CoCl_2$. No marked changes were detected in expression levels of neuronal markers induced by Y27632 plus $CoCl_2$ upon CSPG treatment. CSPG also blocked the morphological changes of human bone marrow-derived MSCs into neuron-like cells under other neuronal induction condition without the ROCK inhibitor, and Y27632 pre-treatment blocked the inhibitory effect of CSPG. These results suggest that a ROCK inhibitor can be efficiently used in stem cell therapy for neuronal induction by avoiding hindrance from CSPG.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.32
no.4
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pp.327-333
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2006
Future cell-based therapies such as tissue engineering will benefit from a source of autogenous pluripotent stem cells. There are embryonic stem cells (ESC) and autologous adult stem cells, two general types of stem cells potentilally useful for these applications. But practical use of ESC is limited due to potential problems of cell regulation and ethical considerations. To get bone marrow stem cells is relatively burden to patients because of pain, anesthesia requirement. The ideal stem cells are required of such as the following advantages: easy to obtain, minimal patient discomfort and a capability of yielding enough cell numbers. Adipose autologus tissue taken from intraoral fatty pad or abdomen may represent such a source. Our study designed to demonstrate the ability of human adipose tissue-derived stromal cells (hATSC) from human abdominal adipose tissue diffentiating into osteocyte and adipocyte under culture in vitro conditions. As a result of experiment, we identified stromal cell derived adipose tissue has the multilineage potentiality under appropriate culture conditions. And the adipose stromal cells expressed several mesenchymal stem cell related antigen (CD29, CD44) reactions. Secondary, we compared the culture results of a group of hATSC stimulated with TGF-${\beta}$1, bFGF with a hATSC group without growth factors to confirm whether cytokines have a important role of the proliferation in osteogenic differentiation. The role of cytokines such as TGF-${\beta}$1, bFGF increased hATSC's osteogenic differentiation especially when TGF-${\beta}$1 and bFGF were used together. These results suggest that adipose stromal cells with growth factors could be efficiently available for cell-based bone regeneration.
It has been established that a graft of fibroblasts is able to improve wound healing. However, there has been no research on the effect of a graft of bone marrow stromal cells on wound healing. The wound healing process requires cell proliferation and production of extracellular matrix and various growth factors. The purpose of this study was to compare the abilities of human fibroblasts and bone marrow stromal cells, which contains mesenchymal stem cells, to proliferate and to produce collagen. Human bone marrow stromal cells and fibroblasts were isolated from bone marrow and dermis of the same patients and grown in culture respectively. Cell proliferation and production of type I collagen by human bone marrow stromal cells and dermal fibroblasts were examined by MTT method and by ELISA of cell culture media on day 1, 3, and 5 days post-incubating. The human bone marrow stromal cells showed 11-17% higher cell proliferation than fibroblasts at each time interval. The levels of type I collagen in the human bone marrow stromal cell group was also significantly higher than those in the fibroblast group. The results indicate that the grafts of human bone marrow stromal cells can show more promising effect than that of fibroblasts for healing of chronic wounds.
Despite high interests on microenvironmental regulation of leukemic cells, little is known for bone marrow (BM) niche in leukemia patients. Our recent study on BMs of acute myeloid leukemia (AML) patients showed that the mesenchymal stromal cells (MSCs) are altered during leukemic conditions in a clinical course-dependent manner. Leukemic blasts caused reprogramming of transcriptomes in MSCs and remodeling of niche cross-talk, selectively suppressing normal primitive hematopoietic cells while supporting leukemogenesis and chemo-resistance. Notably, differences in BM stromal remodeling were correlated to heterogeneity in subsequent clinical courses of AML, i.e., low numbers of mesenchymal progenitors at initial diagnosis were correlated to complete remission for 5-8 years, and high contents of mesenchymal progenitor or MSCs correlated to early or late relapse, respectively. Thus, stromal remodeling by leukemic cell is an intrinsic part of leukemogenesis that can contribute to the clonal dominance of leukemic cells over normal hematopoietic cells, and can serve as a biomarker for prediction of prognosis. [BMB Reports 2015; 48(8): 427-428]
Kang, In Sook;Suh, Joowon;Lee, Mi-Ni;Lee, Chaeyoung;Jin, Jing;Lee, Changjin;Yang, Young Il;Jang, Yangsoo;Oh, Goo Taeg
BMB Reports
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v.53
no.2
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pp.118-123
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2020
Cardiac regeneration with adult stem-cell (ASC) therapy is a promising field to address advanced cardiovascular diseases. In addition, extracellular vesicles (EVs) from ASCs have been implicated in acting as paracrine factors to improve cardiac functions in ASC therapy. In our work, we isolated human cardiac mesenchymal stromal cells (h-CMSCs) by means of three-dimensional organ culture (3D culture) during ex vivo expansion of cardiac tissue, to compare the functional efficacy with human bone-marrow derived mesenchymal stem cells (h-BM-MSCs), one of the actively studied ASCs. We characterized the h-CMSCs as CD90low, c-kitnegative, CD105positive phenotype and these cells express NANOG, SOX2, and GATA4. To identify the more effective type of EVs for angiogenesis among the different sources of ASCs, we isolated EVs which were derived from CMSCs with either normoxic or hypoxic condition and BM-MSCs. Our in vitro tube-formation results demonstrated that the angiogenic effects of EVs from hypoxia-treated CMSCs (CMSC-Hpx EVs) were greater than the well-known effects of EVs from BM-MSCs (BM-MSC EVs), and these were even comparable to human vascular endothelial growth factor (hVEGF), a potent angiogenic factor. Therefore, we present here that CD90lowc-kitnegativeCD105positive CMSCs under hypoxic conditions secrete functionally superior EVs for in vitro angiogenesis. Our findings will allow more insights on understanding myocardial repair.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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