Objective : The effects on neural proliferation and differentiation of neural stem cells (NSC) of basic fibroblast growth factor-2 (bFGF). insulin growth factor-I (IGF-I). brain-derived neurotrophic factor (BDNF). and nerve growth factor (NGF) were assessed. Also, following combinations of various factors were investigated : bFGF+IGF-I, bFGF+BDNF, bFGF+NGF, IGF-I+BDNF, IGF-I+NGF, and BDNF+NGF. Methods : Isolated NSC of Fisher 344 rats were cultured with individual growth factors, combinations of factors, and no growth factor (control) for 14 days. A proportion of neurons was analyzed using $\beta$-tubulin III and NeuN as neural markers. Results : Neural differentiations in the presence of individual growth factors for $\beta$-tubulin III-positive cells were : BDNF, 35.3%; IGF-I, 30.9%; bFGF, 18.1%; and NGF, 15.1%, and for NeuN-positive cells was : BDNF, 34.3%; bFGF, 32.2%; IGF-I, 26.6%; and NGF, 24.9%. However, neural differentiations in the absence of growth factor was only 2.6% for $\beta$-tubulin III and 3.1% for NeuN. For $\beta$-tubulin III-positive cells, neural differentiations were evident for the growth factor combinations as follows : bFGF+IGF-I, 73.1 %; bFGF+NGF, 65.4%; bFGF+BDNF, 58.7%; BDNF+IGF-I, 52.2%; NGF+IGF-I, 40.6%; and BDNF+NGF, 40.0%. For NeuN-positive cells : bFGF+IGF-I, 81.9%; bFGF+NGF, 63.5%; bFGF+BDNF, 62.8%; NGF+IGF-I, 62.3%; BDNF+NGF, 56.3%; and BDNF+IGF-I, 46.0%. Significant differences in neural differentiation were evident for single growth factor and combination of growth factors respectively (p<0.05). Conclusion : Combinations of growth factors have an additive effect on neural differentiation. The most prominent neural differentiation results from growth factor combinations involving bFGF and IGF-I. These findings suggest that the combination of a mitogenic action of bFGF and post-mitotic differentiation action of IGF-I synergistically affects neural proliferation and NSC differentiation.
Neural stem cells (NSCs) have the ability to self-renew and differentiate into multiple nervous system cell types. During embryonic development, the concentrations of soluble biological molecules have a critical role in controlling cell proliferation, migration, differentiation and apoptosis. In an effort to find optimal culture conditions for the generation of desired cell types in vitro, we used a microfluidic chip-generated growth factor gradient system. In the current study, NSCs in the microfluidic device remained healthy during the entire period of cell culture, and proliferated and differentiated in response to the concentration gradient of growth factors (epithermal growth factor and basic fibroblast growth factor). We also showed that overexpression of ASCL1 in NSCs increased neuronal differentiation depending on the concentration gradient of growth factors generated in the microfluidic gradient chip. The microfluidic system allowed us to study concentration-dependent effects of growth factors within a single device, while a traditional system requires multiple independent cultures using fixed growth factor concentrations. Our study suggests that the microfluidic gradient-generating chip is a powerful tool for determining the optimal culture conditions.
Purpose: The purpose of this study were to overview the effect of exercise on neural plasticity and the proteins related to neural plasticity. Results: Exercise increased levels of BDNF(brain-derived neurotrophic factor), Insulin-like growth factor-I (IGF-I), Synapsin, Synaptophysin, VEGF(vascular endothelial growth factor) and other growth factors, stimulate neurogenesis, increase resistance to brain insult and improve learning and mental performance. These proteins improved synaptic plasticity by directly affecting synaptic structure and potentiating synaptic strength, and by strengthening the underlying systems that support plasticity including neurogenesis, metabolism and vascular function. Conclusion: Exercise-induced structural and functional change by these proteins can effect on functional movement, cognition in healthy and brain injured people and animals.
Nerve growth factor (NGF) is literally known to promote neural differentiation and survival in several peripheral and central neurons. Thus, it is Widely believed that NGF may serve as a therapeutic agent for many types of neuronal diseases. One of the mechanisms suggested to explain the protective role of NGF is that the trophic factor can prevent the increase of intracellular calcium ions which might be responsible for neural death. To examine whether or not the calcium hypothesis works even under pathological conditions, we applied NGF to cultures deprived of glucose. Surprisingly, what was observed here is that NGF rather promoted cell death under a glucose-deprived condition. What we call the NGF paradox phenomenon occurred in a calcium concentration-dependent manner, indirectly suggesting that NGF might increase intracellular calcium ions in cells deprived of glucose. This suggestion is further supported by the fact that nifedipine, a well-known L-type calcium channel blocker, could block the cell death potentiated by NGF. Here it is still premature to propose the complete mechanism underlying the NGF paradox phenomenon. However, this study certainly indicates that NGF as a therapeutic agent for neuronal diseases should be carefully considered before use.
Kim Eun-Yeong;Jo Hyeon-Jeong;Choe Gyeong-Hui;An So-Yeon;Jeong Gil-Saeng;Park Se-Pil;Im Jin-Ho
한국동물번식학회:학술대회논문집
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한국동물번식학회 2002년도 춘계학술발표대회 발표논문초록집
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pp.18-18
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2002
This study was to investigate the effect of neurotrophic factors on neural cell differentiation in vitro derived from human embryonic stem (hES, MB03) cells. For neural progenitor cell formation derived from hES cells, we produced embryoid bodies (EB: for 5 days, without mitogen) from hES cells and then neurospheres (for 7 - 10 days, 20 ng/㎖ of bFGF added N2 medium) from EB. And then finally for the differentiation into mature neuron cells, neural progenitor cells were cultured in ⅰ) N2 medium (without bFGF), ⅱ) N2 supplemented with brain derived neurotrophic factor (BDNF, 5ng/㎖) or ⅲ) N2 supplemented with platelet derived growth factor-bb (PDGF-bb, 20ng/㎖) for 2 weeks. (omitted)
Methods for determination of the crack opening stress intensity factor ($K_{op}$) and for estimation of the effective stress intensity factor range ($\Delta{K}_{eff}$) are evaluated for crack growth test data of aluminum alloys. Three methods of determining $K_{op}$, visual measurement, ASTM offset compliance method, and the neural network method proposed by Kang and Song, and three methods of estimating $\Delta{K}_{eff}$, conventional, the 2/PIO and 2/PI methods proposed by Donald and Paris, are compared in a quantitative manner by using evaluation criteria. For all $K_{op}$ determination methods discussed, the 2/PI method of estimating $\Delta{K}_{eff}$ provides good results. The neural network method of determining $K_{op}$ provides good correlation of crack growth data. It is recommended to use 2/PI estimation with the neural $K_{op}$ determination method. The ASTM offset method used in conjunction with 2/PI estimation shows a possibility of successful application. It is desired to improve the ASTM method.
Jo Hyeon-Jeong;Kim Eun-Yeong;Choe Gyeong-Hui;An So-Yeon;Park Se-Pil;Im Jin-Ho
한국동물번식학회:학술대회논문집
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한국동물번식학회 2002년도 춘계학술발표대회 발표논문초록집
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pp.84-84
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2002
This study was to investigate generation of the specific neuronal cell in vitro from the neural progenitors derived from human embryonic stem (hES, MB03) cells. For the neural progenitor cell formation, we produced embryoid bodies (EB: for 5 days, without mitogen) from hES cells and then neurospheres (for 7-10 days, 20 ng/㎖ of bFGF added N2 medium) from EB. And then for the differentiation into neuronal cells, neural progenitor cells were cultured in N2 medium (without bFGF) supplemented with brain derived neurotrophic factor (BDNF, 5 ng/㎖) or platelet derived growth factor-bb (pDGF-bb, 20ng/㎖) for 2 weeks. (omitted)
Differential capacity of the parthenogenetic embryonic stem cells (PESCs) is still under controversy and the mechanisms of its neural induction are yet poorly understood. Here we demonstrated neural lineage induction of PESCs by addition of insulin-like growth factor-2 (Igf2), which is an important factor for embryo organ development and a paternally expressed imprinting gene. Murine PESCs were aggregated to embryoid bodies (EBs) by suspension culture under the leukemia inhibitory factor-free condition for 4 days. To test the effect of exogenous Igf2, 30 ng/ml of Igf2 was supplemented to EBs induction medium. Then neural induction was carried out with serum-free medium containing insulin, transferrin, selenium, and fibronectin complex (ITSFn) for 12 days. Normal murine embryonic stem cells derived from fertilized embryos (ESCs) were used as the control group. Neural potential of differentiated PESCs and ESCs were analyzed by immunofluorescent labeling and real-time PCR assay (Nestin, neural progenitor marker; Tuj1, neuronal cell marker; GFAP, glial cell marker). The differentiated cells from both ESC and PESC showed heterogeneous population of Nestin, Tuj1, and GFAP positive cells. In terms of the level of gene expression, PESC showed 4 times higher level of GFAP expression than ESCs. After exposure to Igf2, the expression level of GFAP decreased both in derivatives of PESCs and ESCs. Interestingly, the expression level of $Tuj1$ increased only in ESCs, not in PESCs. The results show that IGF2 is a positive effector for suppressing over-expressed glial differentiation during neural induction of PESCs and for promoting neuronal differentiation of ESCs, while exogenous Igf2 could not accelerate the neuronal differentiation of PESCs. Although exogenous Igf2 promotes neuronal differentiation of normal ESCs, expression of endogenous $Igf2$ may be critical for initiating neuronal differentiation of pluripotent stem cells. The findings may contribute to understanding of the relationship between imprinting mechanism and neural differentiation and its application to neural tissue repair in the future.
I Nyoman Semita;Dwikora Novembri Utomo;Heri Suroto;I Ketut Sudiana;Parama Gandi
The Korean Journal of Pain
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제36권1호
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pp.72-83
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2023
Background: Globally, spinal cord injury (SCI) results in a big burden, including 90% suffering permanent disability, and 60%-69% experiencing neuropathic pain. The main causes are oxidative stress, inflammation, and degeneration. The efficacy of the stem cell secretome is promising, but the role of human neural stem cell (HNSC)-secretome in neuropathic pain is unclear. This study evaluated how the mechanism of HNSC-secretome improves neuropathic pain and locomotor function in SCI rat models through antioxidant, anti-inflammatory, anti-matrix degradation, and neurotrophic activities. Methods: A proper experimental study investigated 15 Rattus norvegicus divided into normal, control, and treatment groups (30 µL HNSC-secretome, intrathecal in the level of T10, three days post-traumatic SCI). Twenty-eight days post-injury, specimens were collected, and matrix metalloproteinase (MMP)-9, F2-Isoprostanes, tumor necrosis factor (TNF)-α, transforming growth factor (TGF)-β, and brain derived neurotrophic factor (BDNF) were analyzed. Locomotor recovery was evaluated via Basso, Beattie, and Bresnahan scores. Neuropathic pain was evaluated using the Rat Grimace Scale. Results: The HNSC-secretome could improve locomotor recovery and neuropathic pain, decrease F2-Isoprostane (antioxidant), decrease MMP-9 and TNF-α (anti-inflammatory), as well as modulate TGF-β and BDNF (neurotrophic factor). Moreover, HNSC-secretomes maintain the extracellular matrix of SCI by reducing the matrix degradation effect of MMP-9 and increasing the collagen formation effect of TGF-β as a resistor of glial scar formation. Conclusions: The present study demonstrated the mechanism of HNSC-secretome in improving neuropathic pain and locomotor function in SCI through antioxidant, anti-inflammatory, anti-matrix degradation, and neurotrophic activities.
Objective : Recently, regenerative therapies have been used in clinical trials (heart, cartilage, skeletal). We don't make use of these treatments to spinal cord injury (SCI) patients yet, but regenerative therapies are rising interest in recent study about SCI. Neural precursor/stem cell (NPSC) proliferation is a significant event in functional recovery of the central nervous system (CNS). However, brain NPSCs and spinal cord NPSCs (SC-NPSCs) have many differences including gene expression and proliferation. The purpose of this study was to investigate the influence of neural growth factor (NGF) on the proliferation of SC-NPSCs. Methods : NPSCs ($2{\times}10^4$) were suspended in $100{\mu}L$ of neurobasal medium containing NGF-7S (Sigma-Aldrich) and cultured in a 96-well plate for 12 days. NPSC proliferation was analyzed five times for either concentration of NGF (0.02 and 2 ng/mL). Sixteen rats after SCI were randomly allocated into two groups. In group 1 (SCI-vehicle group, n=8), animals received 1.0 mL of the saline vehicle solution. In group 2 (SCI-NGF group, n=8), the animals received single doses of NGF (Sigma-Aldrich). A dose of 0.02 ng/mL of NGF or normal saline as a vehicle control was intra-thecally injected daily at 24 hour intervals for 7 days. For Immunohistochemistry analysis, rats were sacrificed after one week and the spinal cords were obtained. Results : The elevation of cell proliferation with 0.02 ng/mL NGF was significant (p<0.05) but was not significant for 2 ng/mL NGF. The optical density was increased in the NGF 0.02 ng/mL group compared to the control group and NGF 2 ng/mL groups. The density of nestin in the SCI-NGF group was significantly increased over the SCI-vehicle group (p<0.05). High power microscopy revealed that the density of nestin in the SCI-NGF group was significantly increased over the SCI-vehicle group. Conclusion : SC-NPSC proliferation is an important pathway in the functional recovery of SCI. NGF enhances SC-NPSC proliferation in vitro and in vivo. NGF may be a useful option for treatment of SCI patients pending further studies to verify the clinical applicability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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