Jin, Eun-Sun;Min, Joongkee;Jeon, Sang Ryong;Choi, Kyoung Hyo;Jeong, Je Hoon
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.53
no.4
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pp.207-212
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2013
Objective : Recent studies have shown encouraging progress toward the use of autogenic and allogenic mesenchymal stem cells (MSCs) to arrest, or even lead to partial regeneration in, intervertebral disc (IVD) degeneration. However, this technology is still in its infancy, and further development is required. The aim of this study was to analyze whether rat adipose-derived mesenchymal stem cells (ADMSC) can differentiate towards IVD-like cells after treatment with transforming growth factor ${\beta}3$ (TGF-${\beta}3$) in vitro. We also performed quantitative analysis of gene expression for ADMSC only, ADMSCs treated with TGF-${\beta}3$, and co-cultured ADMSCs treated with TGF-${\beta}3$. Methods : ADMSCs were sub-cultured to homogeneity and used in fluorocytometry assays for CD11, CD45, and CD90/Thy1. ADMSCs were differentiated in spheroid culture towards the chondrogenic lineage by the presence of TGF-${\beta}3$, dexamethasone, and ascorbate. We also co-cultured pure ADMSCs and nucleus pulposus cells in 24-well plates, and performed immunohistochemical staining, western blotting, and RT-PCR for quantitative analysis of gene expression. Results : Results of fluorocytometry were positive for CD90/Thy1 and negative for CD11 and CD45. TGF-${\beta}3$-mediated induction of ADMSCs led to the expression of the differentiation markers of intervertebral disc-like cells, such as aggrecan, collagen II, and sox-9. Co-cultured ADMSCs treated with TGF-${\beta}3$ showed higher expression of differentiation markers and greater extracellular matrix production compared with ADMSCs treated with TGF-${\beta}3$ alone. Conclusion : ADMSC treated with TGF-${\beta}3$ may be an attractive source for regeneration therapy in degenerative IVD. These findings may also help elucidate the pathologic mechanism of MSC therapy in the degeneration of IVD in vivo.
Adefovir dipivoxil (ADV) is used for the treatment of hepatitis and acquired immunodeficiency syndrome, but long-term use can cause osteoporosis. In this study, the effect of ADV on the osteocyte maturation process was evaluated at the level of undifferentiated cells using mesenchymal stem cells (MSCs) and osteoblasts (MG63). First, MSCs and MG63 cells were treated with ADV at different concentrations, and then a Cell Counting Kit-8 analysis was performed to determine the effect on the proliferation of each cell. Additionally, crystal violet and Hoechst staining were performed for the morphological analysis of each cell and nucleus. To determine the cause of cell hypertrophy, the transforming growth factor-beta (TGF-β) expression was investigated, and alkaline phosphatase (ALP) staining and activity were measured to determine the degree of differentiation of the MSCs and MG63 cells into mature osteocytes. The results confirmed that the ADV increases the expression of TGF-β in MSCs and MG63 cells, causing cellular and nuclear hypertrophy, and can cause osteoporosis by inhibiting cell proliferation and affecting the differentiation of mature osteocytes. Therefore, it is believed that these results can be used as a basis for understanding the adverse effects of ADV at a cytological level in basic medicine and clinical research.
The potential of tivozanib as a treatment for oral squamous cell carcinoma (OSCC) was explored in this study. We investigated the effects of tivozanib on OSCC using the Ca9-22 and CAL27 cell lines. OSCC is a highly prevalent cancer type with a significant risk of lymphatic metastasis and recurrence, which necessitates the development of innovative treatment approaches. Tivozanib, a vascular endothelial growth factor receptor inhibitor, has shown efficacy in inhibiting neovascularization in various cancer types but has not been thoroughly studied in OSCC. Our comprehensive assessment revealed that tivozanib effectively inhibited OSCC cells. This was accompanied by the suppression of Bcl-2, a reduction in matrix metalloproteinase levels, and the induction of intrinsic pathway-mediated apoptosis. Furthermore, tivozanib contributed to epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) inhibition by increasing E-cadherin levels while decreasing N-cadherin levels. These findings highlight the substantial anticancer potential of tivozanib in OSCC and thus its promise as a therapeutic option. Beyond reducing cell viability and inducing apoptosis, the capacity of tivozanib to inhibit EMT and modulate key proteins presents the possibility of a paradigm shift in OSCC treatment.
Human mesenchymal stem cell (hMSCs) isolated from human adult bone marrow have self-renewal capacity and can differentiate into multiple cell types in vitro and in vivo. A number of studies have now demonstrated that MSCs can differentiate into various neuronal populations. Due to their autologous characteristics, replacement therapy using MSCs is considered to be safe and does not involve immunological complications. The basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factor Olig2 is necessary for the specification of both oligodendrocytes and motor neurons during vertebrate embryogenesis. To develop an efficient method for inducing neuronal differentiation from MSCs, we attempted to optimize the culture conditions and combination with Olig2 gene overexpression. We observed neuron-like morphological changes in the hMSCs under these induction conditions and examined neuronal marker expression in these cells by RTPCR and immunocytochemistry. Our data demonstrate that the combination of Olig2 overexpression and neuron-specific conditioned medium facilitates the neuronal differentiation of hMSCs in vitro. These results will advance the development of an efficient stem cell-mediated cell therapy for human neurodegenerative diseases.
Yi, TacGhee;Lee, Hyun-Joo;Cho, Yun-Kyoung;Jeon, Myung-Shin;Song, Sun U.
IMMUNE NETWORK
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v.14
no.1
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pp.54-65
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2014
Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent, with the ability to differentiate into different cell types. Additionally, the immunomodulatory activity of MSCs can downregulate inflammatory responses. The use of MSCs to repair injured tissues and treat inflammation, including in neuroimmune diseases, has been extensively explored. Although MSCs have emerged as a promising resource for the treatment of neuroimmune diseases, attempts to define the molecular properties of MSCs have been limited by the heterogeneity of MSC populations. We recently developed a new method, the subfractionation culturing method, to isolate homogeneous human clonal MSCs (hcMSCs). The hcMSCs were able to differentiate into fat, cartilage, bone, neuroglia, and liver cell types. In this study, to better understand the properties of neurally differentiated MSCs, gene expression in highly homogeneous hcMSCs was analyzed. Neural differentiation of hcMSCs was induced for 14 days. Thereafter, RNA and genomic DNA was isolated and subjected to microarray analysis and DNA methylation array analysis, respectively. We correlated the transcriptome of hcMSCs during neural differentiation with the DNA methylation status. Here, we describe and discuss the gene expression profile of neurally differentiated hcMSCs. These findings will expand our understanding of the molecular properties of MSCs and contribute to the development of cell therapy for neuroimmune diseases.
Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSC) are a multipotent cell population that can differentiate into neuron-like cells. Previously it has been reported that murine BM-MSC can differentiate into neuron-like cells by co-treatment with a Rho-associated kinase (ROCK) inhibitor -Y27632 and $CoCl_2$. In this study, we compared several ROCK inhibitors for the ability to induce human BM-MSCs to differentiate into neuron-like cells in the presence of $CoCl_2$. Y27632 with high specificity for ROCK at 1-30 ${\mu}M$ was best at inducing neuronal differentiation of MSCs. Compared to HA1077 and H1152, which also effectively induced morphological change into neuron-like cells, Y27632 showed less toxicity even at 100 ${\mu}M$, and resulted in longer multiple branching processes at a wide range of concentrations at 6 h and 72 h post-induction. H89, however, which has less specificity by inhibition of protein kinase A, S6 kinase 1 and MSK1 with similar or greater potency, was less effective at inducing neuronal differentiation of MSCs. Simvastatin, which can inhibit Rho, Ras, and Rac by blocking the synthesis of isoprenoid intermediates, showed little activity for inducing morphological changes of MSCs into neuron-like cells. Accordingly, the expression patterns for neuronal cell markers,including ${\beta}$-tubulin III, neuron-specific enolase, neurofilament, and microtubule-associated protein, were consistent with the pattern of the morphological changes. The data suggest that the ROCK inhibitors with higher specificity are more effective at inducing neuronal differentiation of MSCs.
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.
Most angiogenesis assays are performed using endothelial cells. However, blood vessels are composed of two cell types: endothelial cells and pericytes. Thus, co-culture of two vascular cells should be employed to evaluate angiogenic properties. Here, we developed an in vitro 3-dimensional angiogenesis assay system using spheroids formed by two human vascular precursors: endothelial colony forming cells (ECFCs) and mesenchymal stem cells (MSCs). ECFCs, MSCs, or ECFCs+MSCs were cultured to form spheroids. Sprout formation from each spheroid was observed for 24 h by real-time cell recorder. Sprout number and length were higher in ECFC+MSC spheroids than ECFC-only spheroids. No sprouts were observed in MSC-only spheroids. Sprout formation by ECFC spheroids was increased by treatment with vascular endothelial growth factor (VEGF) or combination of VEGF and fibroblast growth factor-2 (FGF-2). Interestingly, there was no further increase in sprout formation by ECFC+MSC spheroids in response to VEGF or VEGF+FGF-2, suggesting that MSCs stimulate sprout formation by ECFCs. Immuno-fluorescent labeling technique revealed that MSCs surrounded ECFC-mediated sprout structures. We tested vatalanib, VEGF inhibitor, using ECFC and ECFC+MSC spheroids. Vatalanib significantly inhibited sprout formation in both spheroids. Of note, the $IC_{50}$ of vatalanib in ECFC+MSC spheroids at 24 h was $4.0{\pm}0.40{\mu}M$, which are more correlated with the data of previous animal studies when compared with ECFC spheroids ($0.2{\pm}0.03{\mu}M$). These results suggest that ECFC+MSC spheroids generate physiologically relevant sprout structures composed of two types of vascular cells, and will be an effective pre-clinical in vitro assay model to evaluate pro- or anti-angiogenic property.
Park, Eun-Jin;Kim, Eun-Seok;Kim, Jin-Man;Kim, Hyun-Ok;Yum, Kwang-Won
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.31
no.3
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pp.239-247
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2005
This study demonstrated that xenogenic human marrow mesenchymal stem cells (hMSCs) could elicit the regeneration of the sensory nerve after axotomy in the adult rats infraorbital nerves without immunosuppression. For this, we evaluated the behavioral testing for functional recovery of the nerve and histological findings at weeks 3 and 5 compared to controls. Xenogenic hMSCs did not evoke any significant inflammatory or immunologic reaction after systemic and local administrations. HMSCs-treated rats exhibited significant improvement on sensory recovery tested with von Frey monofilaments. At 5 postoperative weeks, in the hMSCs treated nerve, expression of myelin basic protein (MBP), neurofilament (NF) at the site of axotomy was higher than control. And mRNA expression of neurotropin receptor Trk precursor (TrkPre), nerve growth factor receptor (NGFR) and neuropeptide (NPY) in trigeminal ganglion were also higher. The number of myelinated nerve at distal stump and cells in trigeminal ganglion were higher in hMSC treated rats. So it was supposed that transplanted MSCs contributed to reducing post-traumatic degeneration and production of neurotrophic factors. Immunofluorescence labeling showed small portion of hMSCs (<10%) expressed a phenotypic marker of Schwann cell (S-100). Xenogenic or allogenic mesenchymal stem cells might have immune privileged characteristics and useful tool for cell based nerve repair.
Park, Sang Eun;Han, Seung Bum;Rah, Dong Kyun;Lew, Dae Hyun
Archives of Plastic Surgery
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v.36
no.5
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pp.519-524
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2009
Purpose: This study was conducted to establish the most effective method of cell therapy by comparing and analyzing the level of wound healing after various cell delivery methods. Methods: Human mesenchymal stem cells were administered using 5 different methods on full thickness skin defects which were deliberately created on the back of 4 - week old mice using a 8 mm punch. Different modes of administration, cell suspension, local injection, collagen GAG matrix seeding, fibrin, and hydrogel mix methods were used. In each experiment group, $4{\times}105$ mesenchymal stem cells were administered according to 5 deferent methods, and were not for the corresponding control group. Results: The wound healing rate was fastest in the local injection group. The wound healing rate was relatively slow in the collagen matrix group, however, the number of blood vessels or VEGF increased most in this group. Conclusion: For rapid wound healing through wound contraction, it is advantageous to administer MSC by the local injection method. For the healing process of a wide area, such as a burn, the seeding of cells to collagen matrix is thought to be effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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