Background and Objectives: Despite advances in wound treatments, chronic diabetic wounds remain a significant medical challenge. Exosomes from mesenchymal stem cells (MSCs) and small molecule activators of nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) have emerged as potential therapies for nonhealing diabetic wounds. This study aimed to evaluate the effects of exosomes from bone marrow-derived MSCs (BMSCs) alone, or in combination with a small molecule activator of Nrf2 on diabetic wound healing. Methods and Results: BMSCs and endothelial progenitor cells (EPCs) were isolated from the femur and tibia bone marrow of Sprague-Dawley (SD) rats and culture-expanded. Exosomes were harvested from the BMSC culture supernatants through ultracentrifugation. The effects of the exosomes and Nrf2 knockdown, alone or in combination, on EPC tube formation were evaluated. Streptozotocin-induced diabetic rats bearing a fresh full-thickness round wound were treated with the exosomes alone, or in combination with a lentiviral shRNA targeting Nrf2 (Lenti-sh-Nrf2) or tert-butylhydroquinone (tBHQ), a small molecule activator of Nrf2. Two weeks later, wound closure, re-epithelization, collagen deposition, neovascularization, and local inflammation were evaluated. BMSC exosomes promoted while Nrf2 knockdown inhibited EPC tube formation. BMSC exosomes accelerated wound closure, re-epithelization, collagen deposition, and neovascularization, and reduced wound inflammation in diabetic rats. These regenerative and anti-inflammatory effects of the exosomes were inhibited by Lenti-sh-Nrf2 but enhanced by tBHQ administration. Conclusions: BMSC exosomes in combination with a small molecule Nrf2 activator hold promise as a new therapeutic option for chronic diabetic wounds.
Tissue engineering and stem cells show potentials to restore lost or malfunctioning human tissues or organs. Another cell source for tissue engineering of cardiovascular tissues is stem cell. This study reports the development of cardiovascular tissues using tissue engineering and mesenchymal stem cells. The blood vessels and heart valves were fabricated by culturing mesenchymal stem cells on biodegradable synthetic or natural matrices. Bone marrow was isolated from dogs or rats and mesenchymal stem cells were cultured. The cells were seeded onto biodegradable synthetic or natural matrices and implanted in dogs. Histological and immunohistochemical analyses were performed to examine the regenerated cardiovascular tissues. Histological and immunohistochemical analyses showed the complete regeneration of blood vessels and heart valves. Fluorescent labeling of cells prior to implantation and fluorescence examination of the regenerated tissues revealed that the implanted cells reconstituted the cardiovascular tissues. This study demonstrates the potential of tissue engineering and mesenchymal stem cells for the regeneration of functional cardiovascular tissues or organs.
Tuan Anh Vuong;Yan Zhang;June Kim;Young-Eun Leem;Jong-Sun Kang
BMB Reports
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제57권7호
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pp.330-335
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2024
Arginine methylation, which is catalyzed by protein arginine methyltransferases (Prmts), is known to play a key role in various biological processes. However, the function of Prmts in osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) has not been clearly understood. In the current study, we attempted to elucidate a positive role of Prmt7 in osteogenic differentiation. Prmt7-depleted C3H/10T1/2 cells or bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) showed the attenuated expression of osteogenic specific genes and Alizarin red staining compared to the wild-type cells. Furthermore, we found that Prmt7 deficiency reduced the activation of bone morphogenetic protein (BMP) signaling cascade, which is essential for the regulation of cell fate commitment and osteogenesis. Taken together, our data indicate that Prmt7 plays important regulatory roles in osteogenic differentiation.
Adipocyte differentiation in human bone marrow mesenchymal stem cells (hBM-MSCs) is not as efficient as that in murine pre-adipocytes when induced by adipogenic agents including insulin, dexamethasone, and 3-isobutyl-1-methylxanthine (IDX condition). Therefore, the promotion of adipocyte differentiation in hBM-MSCs has been used as a cell culture model to evaluate insulin sensitivity for anti-diabetic drugs. In hBM-MSCs, $PPAR{\gamma}$ agonists or sulfonylurea anti-diabetic drugs have been added to IDX conditions to promote adipocyte differentiation. Here we show that troglitazone, a peroxisome proliferator-activated receptor-gamma ($PPAR{\gamma}$) agonist, significantly reduced the levels of anti-adipogenic $PGE_2$ in IDX-conditioned hBM-MSC culture supernatants when compared to $PGE_2$ levels in the absence of $PPAR{\gamma}$ agonist. However, there was no difference in the mRNA levels of cyclooxygenases (COXs) and the activities of COXs and prostaglandin synthases during adipocyte differentiation in hBM-MSCs with or without troglitazone. In hBM-MSCs, troglitazone significantly increased the mRNA level of 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase (HPGD) which can act to decrease $PGE_2$ levels in culture. These results suggest that the role of $PPAR{\gamma}$ activation in promoting adipocyte differentiation in hBM-MSCs is to reduce anti-adipogenic $PGE_2$ levels through the up-regulation of HPGD expression.
Aim of the study: Scaffolds are crucial to tissue engineering/regeneration. Biodegradable polymer/ceramic composite scaffolds can overcome the limitations of conventional ceramic bone substitutes such as brittleness and difficulty in shaping. In this study, poly(L-lactide)/hydroxyapatite(PLLA/HA) composite scaffolds were fabricated for in vivo bone tissue engineering. Material & methods: In this study, PLLA/HA composite microspheres were prepared by double emulsion-solvent evaporation method, and were evaluated in vivo bone tissue engineering. Bone marrow mesenchymal stem cell from rat iliac crest was differentiated to osteoblast by adding osteogenic medium, and was mixed with PLLA/HA composite scaffold in fibrin gel and was injected immediately into rat cranial bone critical size defect(CSD:8mm in diameter). At 1. 2, 4, 8 weeks after implantation, histological analysis by H-E staining, histomorphometric analysis and radiolographic analysis were done. Results: BMP-2 loaded PLLA/HA composite scaffolds in fibrin gel delivered with osteoblasts differentiated from bone marrow mesenchymal stem cells showed rapid and much more bone regeneration in rat cranial bone defects than control group. Conclusion: This results suggest the feasibility and usefulness of this type of scaffold in bone tissue engineering.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제32권6호
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pp.495-505
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2006
In this study we evaluate the effects of bFGF-BB and PDGF on in vitro proliferation, differentiation and mineralization of mesenchymal stem cells (MSCs) from rat. MSCs were prepared from the bone marrow of 6 or 7-week-old male rats with a technique previously described by Maniatopoulos et al. in 1988. Lineage differentiation to osteogenesis, chondrogenesis and adipogenesis were performed. At first, we characterized the cultured cell on passage 1, 3, 5, 7 with immunocytochemical staining using CD29, 44, 34, 45, ${\alpha}$-SMA and type I collagen. And to study the effects of bFGF and PDGF-BB on proliferation, differentiation and mineralization, we seeded the expanded cell at a density of 6 $6{\times}10^3\;cells/cm^2$ to 100-mm dish for evaluation of cell proliferation and MTT assay was carried out on day 2, 4, 7, 9. We also resuspended the cells with same density $(6{\times}10^3\;cells/cm^2)$ to 24 well plates for subculture. On the following day, the attached cells were exposed to 2.5ng/ml bFGF and/or 25ng/ml PDGF-BB daily during 5 days. The osteocalcin (OC) level was assessed and mineral contents were evaluated with alizarin red S staining on subculture day 2, 7, 14, 21. We identified the mesenchymal stem cell from the bone marrow derived cells of rat through their successful multi-differentiation and stable display of its phenotype. And bFGF and PDGF-BB showed the effect that inhibited osteoblastic differentiation and mineralization mildly in above concentration at in vitro culture. This study was supported by grant 04-2004-0120 from the Seoul National University Hospital Research Fund.
Amiri, Mohammad Amin;Lavaee, Fatemeh;Danesteh, Hossein
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제48권2호
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pp.71-78
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2022
This study was conducted to review the efficacy of different sources of stem cells in bone regeneration of cleft palate patients. The majority of previous studies focused on the transplantation of bone marrow mesenchymal stem cells. However, other sources of stem cells have also gained considerable attention, and dental stem cells have shown especially favorable outcomes. Additionally, approaches that apply the co-culture and co-transplantation of stem cells have shown promising results. The use of different types of stem cells, based on their accessibility and efficacy in bone regeneration, is a promising method in cleft palate bone regeneration. In this regard, dental stem cells may be an ideal choice due to their efficacy and accessibility. In conclusion, stem cells, despite the lengthy procedures required for culture and preparation, are a suitable alternative to conventional bone grafting techniques.
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.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제33권5호
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pp.405-418
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2007
Mesenchymal stem cells(MSCs) have been though to be multipotent cells that can replicate that have the potential to differentiate into lineages of mesenchymal tissue including the bone, cartilage, fat, tendon, muscle, and marrow stroma. Especially, scaffolds to support cell-based tissue engineering are critical determinants of clinical efforts to regenerate and repair the body. Selection of a matrix carrier imvolves consideration of the matrix's role as a scaffold for physical support and host tissue integration as well as its ability to support of synergize the osteoinductive program of the implanted mesenchymal stem cell. The aim of this study is to evaluate the effect of autobone and Bio-$Oss^{(R)}$ to adherent mesenchymal stem cells as scaffolds on sinus augmentation with fibrin glue mixture in a rabbit model. 16 New Zealand White rabbits were divided randomly into 4 groups based on their time of sacrifice(1, 2, 4 and 8 weeks). First, mesenchymal stem cells were isolated from iliac crest marrow of rabbits and expanded in vitro. Cell culture was performed in accordance with the technique described by Tsutsumi et al. In the present study, the animals were sacrificed at 1, 2, 4 and 8 weeks after transplantation, and the bone formation ability of each sides was evaluated clinically, radiologically, histologically and histomorphologically. According to the histological observations, autobone scaffolds group showed integrated graft bone with host bone from sinus wall. At 2 and 4 weeks, it showed active newly formed bone and neovascularization. At 8 weeks, lamellae bone was observed in sinus graft material area. Radiologically, autobone with stem cell showed more radiopaque than Bio-$Oss^{(R)}$ scaffolds group. there were significant differences in bone volume between 4 and 8 weeks(p<0.05).
Postmenopausal osteoporosis (PMOP) is a common systemic skeletal disease characterized by reduced bone mass and microarchitecture deterioration. Although differentially expressed SOX5 has been found in bone marrow from ovariectomized mice, its role in osteogenic differentiation in human mesenchymal stem cells (hMSCs) from bone marrow in PMOP remains unknown. In this study, we investigated the biological function of SOX5 and explore its molecular mechanism in hMSCs from patients with PMOP. Our findings showed that the mRNA and protein expression levels of SOX5 were upregulated in hMSCs isolated from bone marrow samples of PMOP patients. We also found that SOX5 overexpression decreased the alkaline phosphatase (ALP) activity and the gene expression of osteoblast markers including Collagen I, Runx2 and Osterix, which were increased by SOX5 knockdown using RNA interference. Furthermore, $TNF-{\alpha}$ notably upregulated the SOX5 mRNA expression level, and SOX5 knockdown reversed the effect of $TNF-{\alpha}$ on osteogenic differentiation of hMSCs. In addition, SOX5 overexpression increased Kruppel-like factor 4 (KLF4) gene expression, which was decreased by SOX5 silencing. KLF4 knockdown abrogated the suppressive effect of SOX5 overexpression on osteogenic differentiation of hMSCs. Taken together, our results indicated that $TNF-{\alpha}$-induced SOX5 upregulation inhibited osteogenic differentiation of hMSCs through KLF4 signal pathway, suggesting that SOX5 might be a novel therapeutic target for PMOP treatment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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