Recently, there has been extremely active in the research of stem cell biology. Stem cells have excellent potential for being the ultimate source of transplantable cells for many different tissues. Researchers hope to use stem cells to repair or replace diseased or damaged organs, leading to new treatments for human disorders that are currently incurable, including diabetes, spinal cord injury and brain diseases. There are primary sources of stem cells like embryonic stem cells and adult stem cells. Stem cells from embryos were known to give rise to every type of cell. However, embryonic stem cells still have a lot of disadvantages. First, transplanted cells sometimes grow into tumors. Second, the human embryonic stem cells that are available for research would be rejected by a patient's immune system. Tissue-matched transplants could be made by either creating a bank of stem cells from more human embryos, or by cloning a patient's DNA into existing stem cells to customize them. However, this is laborious and ethically contentious. These problems could be overcome by using adult stem cells, taken from a patient, that are treated to remove problems and then put back. Nevertheless, some researchers do not convince that adult stem cells could, like embryonic ones, make every tissue type. Human stem cell research holds enormous potential for contributing to our understanding of fundamental human biology. In this review, we discuss the recent progress in stem cell research and the future therapeutic applications.
The cancer stem cell (CSC) hypothesis has captured the attention of many scientists. It is believed that elimination of CSCs could possibly eradicate the whole cancer. CSC surface markers provide molecular targeted therapies for various cancers, using therapeutic antibodies specific for the CSC surface markers. Various CSC surface markers have been identified and published. Interestingly, most of the markers used to identify CSCs are derived from surface markers present on human embryonic stem cells (hESCs) or adult stem cells. In this review, we classify the currently known 40 CSC surface markers into 3 different categories, in terms of their expression in hESCs, adult stem cells, and normal tissue cells. Approximately 73% of current CSC surface markers appear to be present on embryonic or adult stem cells, and they are rarely expressed on normal tissue cells. The remaining CSC surface markers are considerably expressed even in normal tissue cells, and some of them have been extensively validated as CSC surface markers by various research groups. We discuss the significance of the categorized CSC surface markers, and provide insight into why surface markers on hESCs are an attractive source to find novel surface markers on CSCs.
Myung Geun Kook;Seung-Eun Lee;Nari Shin;Dasom Kong;Da-Hyun Kim;Min-Soo Kim;Hyun Kyoung Kang;Soon Won Choi;Kyung-Sun Kang
International Journal of Stem Cells
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v.15
no.1
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pp.85-94
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2022
Background and Objectives: Brain organoids have the potential to improve our understanding of brain development and neurological disease. Despite the importance of brain organoids, the effect of vascularization on brain organoids is largely unknown. The objective of this study is to develop vascularized organoids by assembling vascular spheroids with cerebral organoids. Methods and Results: In this study, vascularized spheroids were generated from non-adherent microwell culture system of human umbilical vein endothelial cells, human dermal fibroblasts and human umbilical cord blood derived mesenchymal stem cells. These vascular spheroids were used for fusion with iPSCs induced cerebral organoids. Immunostaining studies of vascularized organoids demonstrated well organized vascular structures and reduced apoptosis. We showed that the vascularization in cerebral organoids up-regulated the Wnt/β-catenin signaling. Conclusions: We developed vascularized cerebral organoids through assembly of brain organoids with vascular spheroids. This method could not only provide a model to study human cortical development but also represent an opportunity to explore neurological disease.
Kim, Chul Geun;Lee, Jong Joo;Jung, Dae Young;Jeon, Jinseon;Heo, Hyen Seok;Kang, Ho Chul;Shin, June Ho;Cho, Yoon Shin;Cha, Kyung Joon;Kim, Chan Gil;Do, Byung-Rok;Kim, Kyung Suk;Kim, Hyun-Soo
Molecules and Cells
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v.21
no.3
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pp.343-355
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2006
Stem cells are unique cell populations with the ability to undergo both self-renewal and differentiation, although a wide variety of adult stem cells as well as embryonic stem cells have been identified and stem cell plasticity has recently been reported. To identify genes implicated in the control of the stem cell state as well as the characteristics of each stem cell line, we analyzed the expression profiles of genes in human embryonic, hematopoietic ($CD34^+$ and $CD133^+$), and mesenchymal stem cells using cDNA microarrays, and identified genes that were differentially expressed in specific stem cell populations. In particular we were able to identify potential hESC signature-like genes that encode transcription factors (TFAP2C and MYCN), an RNA binding protein (IMP-3), and a functionally uncharacterized protein (MAGEA4). The overlapping sets of 22 up-regulated and 141 down-regulated genes identified in this study of three human stem cell types may also provide insight into the developmental mechanisms common to all human stem cells. Furthermore, our comprehensive analyses of gene expression profiles in various adult stem cells may help to identify the genetic pathways involved in self-renewal as well as in multi-lineage specific differentiation.
Stem cells have self-renewal capacity, long-term viability, and multiline age potential. Adult bone marrow contains mesenchymal stem cells. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) are progenitors of skeletal tissue components and can differentiate into adipocytes, chondrocytes, osteoblasts, and myoblasts in vitro and undergo differentiation in vivo. However, the clinical use of BMSCs has presented problems, including pain, morbidity, and low cell number upon harvest. Recent studies have identified a putative stem cell population within the adipose tissue. Human adipose tissue contains pluripotent stem cells simillar to bone marrow-derived stem cells that can differentiate toward the osteogenic, adipogenic, myogenic, and chondrogenic lineages. Human adipose tissue-derived stem cells (ATSCs) could be proposed as an alternative source of adult bone marrow stem cells, and could be obtained in large quantities, under local anesthesia, with minimal discomfort. Human adipose tissue obtained by liposuction was processed to obtain ATSCs. In this study, we compared the osteogenic differentiation of ATSCs in a specific osteogenic induction medium with that in a non-osteogenic medium. ATSCs were incubated in an osteogenic medium for 28 days to induce osteogenesis respectively. Osteogenic differentiation was assessed by von Kossa and alkaline phosphatase staining. Expression of osteocyte specific bone sialoprotein, osteocalcin, collagen type I and alkaline phosphatase, bone morphogenic protein 2, bone morphogenic protein 6 was confirmed by RT-PCR. ATSCs incubated in the osteogenic medium were stained positively for von Kossa and alkaline phosphatase staining. Expression of osteocyte specific genes was also detected. Since this cell population can be easily identified through fluorescence microscopy, it may be an ideal source of ATSCs for further experiments on stem cell biology and tissue engineering. The present results show that ADSCs have an ability to differentiate into osteoblasts. In the present study, we extend this approach to characterize adipose tissue-derived stem cells.
Cancers are one of the most dreaded diseases in human history and have been targeted by numerous trials including surgery, chemotherapy, radiation therapy, and anti-cancer drugs. Adult stem cells (ASCs), which can regenerate tissues and repair damage, have emerged as leading therapeutic candidates due to their homing ability toward tumor foci. Stem cells can precisely target malicious tumors, thereby minimizing the toxicity of normal cells and unfavorable side effects. ASCs, such as mesenchymal stem cells (MSCs), neural stem cells (NSCs), and hematopoietic stem cells (HSCs), are powerful tools for delivering therapeutic agents to various primary and metastatic cancers. Engineered ASCs act as a bridge between the tumor sites and tumoricidal reagents, producing therapeutic substances such as exosomes, viruses, and anti-cancer proteins encoded by several suicide genes. This review focuses on various anti-cancer therapies implemented via ASCs and summarizes the recent treatment progress and shortcomings.
Park, Seah;Kim, Kyung-Suk;Kim, Haekwon;Do, Byung-Rok;Kwon, Hyuck-Chan;Kim, Hyun-Ok;Im, Jung-Ae
Proceedings of the Korean Society of Developmental Biology Conference
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2003.10a
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pp.78-78
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2003
Adult stem cells can make identical copies of themselves for long periods of time. They also give rise to many differentiated mature cell types that have characteristic morphology and specialized function. Human adult stem cells are the attractive raw materials for the cell/tissue therapy, however, it is not easy to get from the adult tissues. In the present study, we tried to isolate a cell population derived from human umbilical cord vein which has been discarded after birth. The cells were isolated after treatment of the umbilical vein with collagenase or trypsin. After 3 days of culture, two kinds of cell populations were found consisting of adherent cells with endothelial cell-like and fibroblast-like morphology, respectively. When these cells were subcultured 12 times over a period of 3 months, almost cells appeared uniformly to exhibit fibroblastoid morphology which was different from that of mesenchymal stem cells obtained from human bone marrow The results of RT-PCR analyses showed distinct expression of BMP-4, oct-4, and SCF genes but not of GATA, PAX-6 and Brachyury genes. On immunohistochemical staining, the cells were negative for the von Willebrand factor(vWF), alpha-smooth muscle actin and placental alkaline phosphatase. From these observations, it is suggested that stem-like cells might be present in human umbilical cord vein.
Pluripotent stem cells only exist in a narrow window during early embryonic development, whereas multipotent stem cells are abundant throughout embryonic development and are retainedin various adult tissues and organs. While pluripotent stem cell lines have been established from several species, including mouse, rat, and human, it is still challenging to establish stable multipotent stem cell lines from embryonic or adult tissues. Based on current knowledge, we anticipate that by manipulating extrinsic and intrinsic signaling pathways, most if not all types of stem cells can be maintained in a long-term culture. In this article, we summarize current culture conditions established for the long-term maintenance of authentic pluripotent and multipotent stem cells and the signaling pathways involved. We also discuss the general principles of stem cell maintenance and propose several strategies on the establishment of novel stem cell lines through manipulation of signaling pathways.
Kim, Seong Sik;Kwon, Dae-Woo;Im, Insook;Kim, Yong-Deok;Hwang, Dae-Seok;Holliday, L. Shannon;Donatelli, Richard E.;Son, Woo-Sung;Jun, Eun-Sook
The korean journal of orthodontics
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v.42
no.6
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pp.307-317
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2012
Objective: The purpose of this study was to investigate the isolation and characterization of multipotent human periodontal ligament (PDL) stem cells and to assess their ability to differentiate into bone, cartilage, and adipose tissue. Methods: PDL stem cells were isolated from 7 extracted human premolar teeth. Human PDL cells were expanded in culture, stained using anti-CD29, -CD34, -CD44, and -STRO-1 antibodies, and sorted by fluorescent activated cell sorting (FACS). Gingival fibroblasts (GFs) served as a positive control. PDL stem cells and GFs were cultured using standard conditions conducive for osteogenic, chondrogenic, or adipogenic differentiation. Results: An average of $152.8{\pm}27.6$ colony-forming units was present at day 7 in cultures of PDL stem cells. At day 4, PDL stem cells exhibited a significant increase in proliferation (p < 0.05), reaching nearly double the proliferation rate of GFs. About $5.6{\pm}4.5%$ of cells in human PDL tissues were strongly STRO-1-positive. In osteogenic cultures, calcium nodules were observed by day 21 in PDL stem cells, which showed more intense calcium staining than GF cultures. In adipogenic cultures, both cell populations showed positive Oil Red O staining by day 21. Additionally, in chondrogenic cultures, PDL stem cells expressed collagen type II by day 21. Conclusions: The PDL contains multipotent stem cells that have the potential to differentiate into osteoblasts, chondrocytes, and adipocytes. This adult PDL stem cell population can be utilized as potential sources of PDL in tissue engineering applications.
In mammals, major progress has recently been made with the dissection of early embryonic cell specification, the isolation of stem cells from early embryos, and the production of embryonic-like stem cells from adult cells. These studies have overcome long-standing species barriers for stem cell isolation, have revealed a deeper than expected similarity of embryo cell types across species, and have led to a better understanding of the lineage identities of embryo-derived stem cells, most notably of mouse and human embryonic stem (ES) cells. Thus, it has now become possible to propose a species-overarching classification of embryo stem cells, which are defined here as pre- to early post-implantation conceptus-derived stem cell types that maintain embryonic lineage identities in vitro. The present article gives an overview of these cells and discusses their relationships with each other and the conceptus. Consequently, it is debated whether further embryo stem cell types await isolation, and the study of the earliest extraembryonically committed stem cells is identified as a promising new research field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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