Applications of bone marrow-derived mesenchymal stem cells in gene therapy have been hampered by the low efficiency of gene transfer to these cells. In current transduction protocols, retrovirus particles with foreign genes make only limited contact with their target cells by passive diffusion and have short life spans, thereby limiting the chances of viral infection. We theorized that mechanically agitating the virus-containing cell suspensions would increase the movement of viruses and target cells, resulting in increase of contact between them. Application of our mechanical agitation for transduction process has increased the absorption of retrovirus particles more than five times compared to the previous static method without changing cell growth rate and viability. The addition of a mechanical agitation step increased transduction efficiency to 42%, higher than that of any other previously-known static transduction protocol.
Corneal injury is very common clinical condition in veterinary medicine and delayed or incomplete corneal healing has the potential of vision loss due to the loss of corneal transparency. For the reconstruction of corneal epithelium, tissue graft and cell transplantation have been prosperously investigated. The purpose of this study was to evaluate the clinical value and short-term safety of application of cultured allogenic mesenchymal stem cells (MSCs) in the treatment of canine experimental corneal defect. Corneal defects were surgically generated in the central corneas of healthy beagle dogs and cultured canine allogenic MSCs were transplanted via subconjunctival injection. Although mean healing time, the rate of epithelial regeneration, and the degree of corneal transparency were not significantly improved after MSC transplantation, significant immune reaction or incompatibility reaction was not detected except transient local irritation. These results propose the possibility of MSC application as a new regenerative medicine in canine ocular disorders.
Mesenchymal stem cells (MSCs) are promising candidates for cell therapy and tissue engineering, but their application has been impeded by lack of knowledge of their core biological properties. In order to identify MSC-specific proteins, the hydrophobic protein fraction was individually prepared from two different umbilical cord blood (UCB)-derived MSC populations; these were then subjected to two-dimensional (2D) gel electrophoresis and peptide mass fingerprinting matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI)-time of flight (TOF)-mass spectrometry (MS). Although the 2D gel patterns differed somewhat between the two samples, computer-assisted image analysis identified shared protein spots. 35 spots were reliably identified corresponding to 32 different proteins, many of which were chaperones. Based on their primary sub-cellular locations the proteins could be grouped into 6 categories: extracellular, cell surface, endoplasmic reticular, mitochondrial, cytoplasmic and cytoskeletal proteins. This map of the water-insoluble proteome may provide valuable insights into the biology of the cell surface and other compartments of human MSCs.
Peripheral blood-derived mesenchymal stem cells (PB-MSCs) have shown promise in cell-based therapy, as they can be harvested with ease through minimally invasive procedures. This study aimed to isolate PB-MSCs from foals and mares and to compare the proliferation and cellular characteristics of the PB-MSCs between the two groups. Six pairs of mares and their foals were used in this study. MSCs were isolated from PB by direct plating in a tissue culture medium, and cell proliferation (population doubling time [PDT], and colony-forming unit-fibroblast assay [CFU-F]), and characterization (morphology, plastic adhesiveness, colony formation, trilineage differentiation) were examined. There was no significant difference in the PB-MSC yield, CFU-F, and PDT between the mares and foals. PB-MSCs from both mares and foals showed typical MSC characteristics in terms of spindle-shaped morphology, plastic adhesive properties, formation of colonies, trilineage differentiation. These results suggest that PB-MSCs isolated from horses, both adult horses, and foals, can be used for equine cell-based therapy.
Objectives: Since stroke is a serious health issue, novel therapeutic strategies are required. In a mouse model of ischemic stroke, this study analyzed the potential of electroacupuncture (EA) and tenuigenin (TE) to improve the efficacy of human mesenchymal stem cell (hMSC) transplantation. Methods: Middle cerebral artery occlusion (MCAO) with reperfusion was used to generate ischemic stroke. Forty-eight male C57BL/6 mice were randomly divided into five groups: control, MCAO-operated, MCAO-EA, MCAO-TE, or MCAO + EA + TE. Subsequently, hMSCs were transplanted into the ischemic region and EA, TE, or the combination was administered. Behavior assessments and immunohistochemistry were conducted to evaluate motor and cognitive recovery and hMSCs survival, migration, and differentiation. Results: The combined treatment of EA and TE exhibited enhanced hMSCs survival, migration and differentiation into neural cell lineages while suppressing astrocyte formation. Immunohistochemistry demonstrated increased neurogenesis through hMSCs transplantation in the ischemic brain. Immediate behavioral improvements were not significantly different between groups, but there was a gradual recovery in motor and cognitive function over time. Conclusion: These findings highlight the potential of EA and TE co-treatment as a therapeutic strategy for ischemic stroke, opening avenues for further research to optimize treatment protocols and elucidate underlying mechanisms.
Due to their stem-like characteristics and immunosuppressive properties, Mesenchymal stem cells (MSCs) offer remarkable potential in regenerative medicine. Much effort has been devoted to enhancing the efficacy of MSC therapy by enhancing MSC migration. In this study, we identified deubiquitinase BRCA1-associated protein 1 (BAP1) as an inhibitor of MSC migration. Using deubiquitinase siRNA library screening based on an in vitro wound healing assay, we found that silencing BAP1 significantly augmented MSC migration. Conversely, BAP1 overexpression reduced the migration and invasion capabilities of MSCs. BAP1 depletion in MSCs upregulates ERK phosphorylation, thereby increasing the expression of the migration factor, osteopontin. Further examination revealed that BAP1 interacts with phosphorylated ERK1/2, deubiquitinating their ubiquitins, and thus attenuating the ERK signaling pathway. Overall, our study highlights the critical role of BAP1 in regulating MSC migration through its deubiquitinase activity, and suggests a novel approach to improve the therapeutic potential of MSCs in regenerative medicine.
In the developing limb, chondrogenesis is an important prerequisite for the formation of cartilage whose template is required for bone formation. Chondrogenesis is a tightly regulated multi-step process, including mesenchymal cell recruitment/migration, prechondrogenic condensation of the mesenchymal cells, commitment to the chondrogenic lineage, and differentiation into chondrocytes. This process is controlled exquisitely by cellular interactions with the surrounding matrix and regulating factors that initiate or suppress cellular signaling pathways and transcription of specific genes in a temporal-spatial manner. Understanding the cellular and molecular mechanisms of chondrogenesis is important not only in the context of establishing basic principle of developmental biology but also in providing research direction toward preventive and/or regenerative medicine. Here, I will overview the current understanding of cellular and molecular mechanisms contributing to prechondrogenic condensation processes, the crucial steps for chondrogenesis, focusing on cell-cell and cell-matrix interactions.
To improve the growth of human mesenchymal stem cells(hMSCs) under general cell culture conditions(20% $O_2$ and 5% $CO_2$), we examined the effect of s-allylcysteine(SAC), which is known as an antioxidant and the main component of aged-garlic extract, on hydrogen peroxide-induced cellular stress in hMSCs. We found that SAC blocked hydrogen peroxideinduced cell death and cellular apoptosis, but that SAC did not improve the growth of hMSCs during short-term culture. To evaluate the protective effect of SAC, we examined the endogenous expression of the antioxidant enzymes catalase (CAT), superoxide dismutase(SOD), and glutathione peroxidase(Gpx) in hMSCs. Hydrogen peroxide was found to downregulate the expression of CAT, SOD, and Gpx at the protein level. However, in the pre-treatment group of SAC, SAC inhibited the hydrogen peroxide-induced down-regulation of CAT, SOD, and Gpx. Unfortunately, treatment with SAC alone did not induce the up-regulation of antioxidant enzymes and the cell proliferation of hMSCs. Surprisingly, SAC improved cell growth in a single cell level culture of hMSCs. These results indicate that SAC may be involved in the preservation of the self-renewal capacity of hMSCs. Taken together, SAC improves the proliferation of hMSCs via inhibition of oxidative-stress-induced cell apoptosis through regulation of antioxidant enzymes. In conclusion, SAC may be an indispensable component in an in vitro culture system of human MSCs for maintaining self-renewal and multipotent characterization of human MSCs.
Yang, Jungyun;Kwon, Jihye;Kim, Miyeon;Bae, Yunkyung;Jin, Hyejin;Park, Hohyun;Eom, Young Woo;Rhee, Ki-Jong
대한의생명과학회지
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제21권1호
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pp.40-49
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2015
Mesenchymal stem cells (MSCs) have the ability to self-renew and differentiate into multi-lineage cells, thus highlighting the feasibility of using umbilical cord blood-derived MSCs (UCB-MSCs) for cell-therapy and tissueengineering. However, the low numbers of UCB-MSC derived from clinical samples requires that an ex vivo expansion step be implemented. As most stem cells reside in low oxygen tension environments (i.e., hypoxia), we cultured the UCBMSCs under 3% $O_2$ or 21% $O_2$ and the following parameters were examined: proliferation, senescence, differentiation and stem cell specific gene expression. UCB-MSCs cultured under hypoxic conditions expanded to significantly higher levels and showed less senescence compared to UCB-MSCs cultured under normoxic conditions. In regards to differentiation potential, UCB-MSCs cultured under hypoxic and normoxic conditions both underwent similar levels of osteogenesis as determined by ALP and von Kossa assay. Furthermore, UCB-MSCs cultured under hypoxic conditions exhibited higher expression of OCT4, NANOG and SOX2 genes. Moreover, cells expanded under hypoxia maintained a stem cell immnunophenotype as determined by flow cytometry. These results demonstrate that the expansion of human UCB-MSCs under a low oxygen tension microenvironment significantly improved cell proliferation and differentiation. These results demonstrate that hypoxic culture can be rapidly and easily implemented into the clinical-scale expansion process in order to maximize UCB-MSCs yield for application in clinical settings and at the same time reduce culture time while maintaining cell product quality.
Park, Hwan-Woo;Oh, Soonyi;Lee, Kyung Hee;Lee, Bae Hwan;Chang, Mi-Sook
International Journal of Stem Cells
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제11권2호
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pp.177-186
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2018
Background and Objectives: Glial scarring and inflammation after spinal cord injury (SCI) interfere with neural regeneration and functional recovery due to the inhibitory microenvironment of the injured spinal cord. Stem cell transplantation can improve functional recovery in experimental models of SCI, but many obstacles to clinical application remain due to concerns regarding the effectiveness and safety of stem cell transplantation for SCI patients. In this study, we investigated the effects of transplantation of human mesenchymal stem cells (hMSCs) that were genetically modified to express Olig2 in a rat model of SCI. Methods: Bone marrow-derived hMSCs were genetically modified to express Olig2 and transplanted one week after the induction of contusive SCI in a rat model. Spinal cords were harvested 7 weeks after transplantation. Results: Transplantation of Olig2-expressing hMSCs significantly improved functional recovery in a rat model of contusive SCI model compared to the control hMSC-transplanted group. Transplantation of Olig2-expressing hMSCs also attenuated glial scar formation in spinal cord lesions. Immunohistochemical analysis showed that transplanted Olig2-expressing hMSCs were partially differentiated into Olig1-positive oligodendrocyte-like cells in spinal cords. Furthermore, NF-M-positive axons were more abundant in the Olig2-expressing hMSC-transplanted group than in the control hMSC-transplanted group. Conclusions: We suggest that Olig2-expressing hMSCs are a safe and optimal cell source for treating SCI.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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