Sekretóm dentálnych mezenchymálnych kmeňových buniek: Zaujímavý prístup k neuroprotekcii a neuroregenerácii 1. časť

Abstrakt: Mezenchymálne kmeňové bunky (MSC) sú známe pre svoje priaznivé účinky a regeneračný potenciál. Predovšetkým MSC získané zo zubného lekárstva majú výhodu ľahšej dostupnosti a neinvazívnej metódy izolácie. Okrem toho sa zdá, že vďaka pôvodu neurálnej lišty majú zubné MSC výraznejší neuroregeneračný potenciál.

Mezenchymálne kmeňové bunky sa v posledných rokoch čoraz viac využívajú v medicínskej oblasti. Okrem ich potenciálu pre regeneračnú medicínu sa predpokladá, že mezenchymálne kmeňové bunky sú tiež spojené so zvýšenou pamäťou. Tento objav prinútil vedcov, ktorí sa tešia na nové spôsoby liečby straty pamäti a kognitívnych porúch.

Mezenchymálne kmeňové bunky sú bunky, ktoré sa môžu replikovať a diferencovať do mnohých rôznych typov buniek. Nachádzajú sa v rôznych tkanivách dospelých, vrátane mozgového tkaniva. Vedci zistili, že počet a funkcia mezenchymálnych kmeňových buniek v mozgu starších ľudí sú výrazne znížené, čo súvisí s kognitívnymi poruchami a poškodením mozgu.

Štúdie ukázali, že zvýšením počtu mezenchymálnych kmeňových buniek u starších ľudí možno výrazne zlepšiť ich kognitívne schopnosti a pamäť. Tento objav viedol ľudí k tomu, aby snívali o použití mezenchymálnych kmeňových buniek na liečbu Alzheimerovej choroby a iných kognitívnych porúch, čo by bola skôr dôkladná liečba než len používanie liekov na kontrolu symptómov.

Okrem toho vedci skúmali aj interakciu medzi mezenchymálnymi kmeňovými bunkami a neurónmi. Experimenty ukázali, že mezenchymálne kmeňové bunky môžu podporovať rast a spojenie neurónov a pomáhajú udržiavať ich zdravie. Tieto štúdie odhaľujú, že mezenchymálne kmeňové bunky sa dokážu nielen samoobnovovať a diferencovať na rôzne typy buniek, ale aj komunikovať s okolitými bunkami a podporovať ich rast a funkciu.

Vo všeobecnosti sú mezenchymálne kmeňové bunky sľubnou oblasťou výskumu a rozvoj tejto oblasti výrazne zlepší kvalitu života starších ľudí. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť pamäť a Cistanche dokáže výrazne zlepšiť pamäť, pretože dokáže regulovať aj rovnováhu neurotransmiterov, ako je zvýšenie hladín acetylcholínu a rastových faktorov, ktoré sú veľmi dôležité pre pamäť a učenie. Okrem toho môže Cistanche tiež zlepšiť prietok krvi a podporiť dodávku kyslíka, čo môže zabezpečiť, aby mozog získal dostatočnú výživu a energiu, čím sa zlepší mozgová vitalita a vytrvalosť.

Kliknite na vedieť doplnky na zlepšenie pamäte

V bazálnych podmienkach skutočne exprimujú aj neuronálne markery. Teraz je však dobre známe, že prospešné účinky MSC závisia, aspoň čiastočne, od ich sekretómu, čo sa týka všetkých bioaktívnych molekúl uvoľnených v upravenom médiu (CM) alebo extracelulárnych vezikulách (EV).

V tomto prehľade sa zameriavame na aplikácie sekretu odvodeného zo zubných MSC na neuroregeneráciu a neuroprotekciu. Sekretómy rôznych zubných MSC boli testované na ich účinky na neuroregeneračné účely a sekretómy kmeňových buniek zubnej drene a kmeňových buniek z ľudských exfoliovaných mliečnych zubov sú najviac študované.

CM aj EV získané zo zubných MSC ukázali, že môžu podporovať rast neuritov a neuroprotektívne účinky. Je zaujímavé, že dentálny sekretóm MSC vykazoval silnejšie neuroregeneračné a neuroprotektívne účinky v porovnaní s tými získanými z iných zdrojov MSC. Z týchto dôvodov môže sekretóm získaný z dentálnych MSC predstavovať sľubný prístup k neuroprotektívnej liečbe.

Kľúčové slová: dentálne mezenchymálne kmeňové bunky; sekretóm; upravené médium; extracelulárne vezikuly;exozóm; neuroregeneráciu; neuroprotekcia; neuronálna diferenciácia.

1. Úvod
Mezenchymálne kmeňové bunky (MSC) sú multipotentné bunky s veľkým potenciálom pre regeneratívnu medicínu [1]. MSC boli prvýkrát izolované v kostnej dreni Friedensteinom a kol. [2,3].

Termín MSC však zaviedol neskôr Caplan, čo naznačuje ich multipotentnú schopnosť diferenciácie viesť k mezodermálnej línii [4]. V roku 2006 Dominici a spol. stanovili kritériá na klasifikáciu MSC, ktorými sú schopnosť plastickej priľnavosti v štandardných kultivačných podmienkach, expresia CD105, CD73 a CD90, nedostatok povrchových molekúl CD45, CD34, CD14 alebo CD11b, CD79alfa alebo CD19 a HLA-DR a diferenciačný potenciál smerom k osteoblasty, adipocyty a chondroblasty in vitro [5].

Od prvého objavu boli MSC izolované z rôznych tkanív. Čo sa týka zubných tkanív, v roku 2000 Gronthos et al. najprv izolovali populáciu MSC z buniek zubnej drene s podobnými vlastnosťami ako MSC kostnej drene (BMSC) [6].

Odvtedy sa zistilo, že rôzne bunky získané zo zubov majú vlastnosti kmeňových buniek a boli pomenované podľa tkaniva pôvodu, vrátane kmeňových buniek zubnej drene (DPSC), kmeňových buniek z ľudských exfoliovaných mliečnych zubov (SHEDs), kmeňových buniek periodontálneho väziva (PDLSC). kmeňové bunky dentálnych folikulov (DFSC), kmeňové bunky z apikálnej papily (SCAP) a gingiválne MSC (GMSC) [7].

Zubné MSC majú výhodu v tom, že sú ľahko dostupné s minimálne invazívnymi postupmi [8], expandovateľné s relatívnou genómovou stabilitou na dlhé obdobie a vykazujú imunomodulačné vlastnosti [9]. Okrem toho sú tiež schopné diferencovať sa smerom k mezodermálnej línii, ale tiež vykazujú schopnosť diferencovať inektodermálne a endodermálne línie [10].

Zubné MSC pochádzajú z neurálnej lišty az tohto dôvodu vykazujú silnejšie neurogénne schopnosti v porovnaní s inými MSC [11]. Vďaka svojmu pôvodu dentálne MSC exprimujú niektoré nervové progenitorové a zrelé bunkové markery, aj keď nie sú vystavené neurálnemu indukčnému médiu a v štandardných kultivačných podmienkach, ako je nestin, -3 tubulín, neurotrofínové receptory a neurofilamenty [12,13].

Okrem toho zubné MSC vykazujú väčší diferenciačný potenciál pre neurogenézu v porovnaní s inými typmi MSC [14,15].

Zubné MSC teda môžu vďaka svojmu diferenciačnému potenciálu a parakrinným účinkom predstavovať dobrý zdroj MSC na liečbu neurodegeneratívnych porúch a neurálnej regenerácie [16–20].

Užitočné vlastnosti MSC sú často spojené s ich diferenciačným potenciálom. V skutočnosti môžu MSC diferencujúce sa smerom k neurónovým bunkám nahradiť degenerované bunky.

V súčasnosti sa však uznáva, že regeneračné a ochranné účinky MSC sú sprostredkované aj ich sekretom. V tomto prehľade sa zameriavame na sekretóm získaný zubnými MSC, ktorý ukazuje jeho potenciál pre neuroprotekciu a neuroregeneráciu v predklinických modeloch.

2. Tajomstvo MSC

Sekretóm MSC zahŕňa rôzne bioaktívne molekuly, ako sú lipidy, proteíny, nukleová kyselina, chemokíny, cytokíny, rastové faktory a hormóny, uvoľňované v ich kondicionovanom médiu (CM) alebo extracelulárnych vezikulách (EV) [21].

Aplikácia sekretómu na bezbunkovú terapiu sa javí ako sľubná a má tú výhodu, že nemá etické limity súvisiace s použitím kmeňových buniek a vykazuje nízku imunogenicitu [22].

Okrem toho niektoré správy naznačujú len obmedzené prežitie MSC po transplantácii [23]. EV môžu tiež zohrávať ústrednú úlohu v bezbunkových terapiách. EV sú membránovo viazané dvojvrstvové lipidové častice, vylučované rôznymi typmi buniek, ktoré nesú náklad biologických molekúl zo svojich rodičovských buniek.

Sú dôležitými mediátormi biologických informácií v medzibunkovej bunkovej signalizácii z rodičovskej do recipientnej bunky. EV sú klasifikované ako mikrovezikuly (MV), exozómy (EXO) a apoptotické telieska na základe ich veľkosti, ale aj iných znakov, ako je biogenéza a uvoľňovacie cesty [24,25].

MV sú produkované priamym pučaním z bunkovej plazmatickej membrány. Naopak, EXO sú menšie a pochádzajú z vnútorného pučania obmedzujúcej membrány skorých endozómov, ktoré počas procesu dozrievajú na multivezikulárne telieska.

Po fúzii s plazmatickou membránou multivezikulárne telieska uvoľňujú EXO do extracelulárneho prostredia [24,26].

EV sa vďaka svojim povrchovým molekulám môžu zamerať na bunky príjemcu. Po pripojení k cieľovej bunke môžu EV podporovať signalizáciu prostredníctvom interakcií receptor-ligand alebo môžu byť internalizované endocytózou, fagocytózou alebo fúzovať s membránou cieľovej bunky a uvoľniť svoj obsah do cytoplazmy [27,28].

EV uvoľnené MSC obsahujú proteíny, lipidy, mRNA, mikroRNA (miRNA) a cytokíny. Tieto vezikuly uvoľňujú svoj obsah do cieľových buniek, čím modulujú ich aktivitu a potenciálne vyvolávajú regeneračné procesy [29].

Dental MSC Secretome

Je zaujímavé, že profil sekretómu môže byť ovplyvnený rôznymi zdrojmi MSC [30]. Z tohto dôvodu môžu zubné MSC vykazovať rozdiely v zložení sekretómov v porovnaní s inými MSC.

Analýza sekretómu SCAP preukázala celkom 2046 proteínov vrátane chemokínov, angiogénnych, imunomodulačných, antiapoptotických a neuroprotektívnych faktorov iných ako proteíny extracelulárnej matrice (ECM). Je zaujímavé, že hladiny 151 proteínov sa líšili najmenej dvojnásobne v porovnaní s BMSC.

SCAP skutočne preukázali zvýšené hladiny proteínov zapojených do metabolických procesov, transkripcie, chemokínov a neurotrofínov, zatiaľ čo predstavovali zníženie proteínov spojených s biologickou adhéziou, vývojovými procesmi, imunitnými funkciami, ECM proteínmi a proangiogénnymi faktormi [31].

Sekretóm DPSC obsahuje rôzne cytokíny, chemokíny a rastové faktory vrátane vaskulárneho endotelového rastového faktora (VEGF)-A a folistatínu (FST), ktoré sú najvýznamnejšie [32].

Ďalšia štúdia dokázala, že DPSC mobilizované faktorom stimulujúcim kolónie granulocytov (G-CSF) exprimovali vyššie hladiny angiogénnych a neurotrofických faktorov vrátane faktora stimulujúceho kolónie granulocytov a makrofágov (GM-CSF), matricovej metaloproteinázy (MMP) 3, VEGF a nervový rastový faktor (NGF) v porovnaní s BMSC a MSC odvodenými z tukového tkaniva (AMSC).

Najmä DPSC-CM indukoval väčší rast neuritov v bunkách ľudského neuroblastómu TGW. Trofické účinky DPSC na migráciu a apoptózu boli vyššie v porovnaní s účinkami BMSC a AMSC [33].

Hladiny expresie cytokínov v DPSC sa tiež porovnávali s vyvíjajúcimi sa apikálnymi komplexnými bunkami (DACC). Celkovo bolo identifikovaných 25 cytokínov, z ktorých 22 bolo exprimovaných silnejšie v DPSC-CM. Konkrétne cytokíny súvisiace s diferenciáciou odontoblastov a neurotrofín (NT)-3 a NT-4 boli silnejšie exprimované v DPSC-CM [34].

Proteínový obsah PDLSC-CM bol analyzovaný aj kvapalinovou chromatografiou a tandemovou hmotnostnou spektrometriou (LC/MS/MS), ktorá detegovala celkovo 99 proteínov vrátane matricových proteínov, enzýmov, rastových faktorov, cytokínov a angiogénnych faktorov [35].

LC-MS/MS tiež preukázala prítomnosť osteogénnych proteínov v dentálnom sekretóme MSC [36]. Porovnávacie profilovanie sekretómov ukázalo prítomnosť fibroblastového rastového faktora (FGF)-2, interleukínu (IL)-10, krvných doštičiek - odvodený rastový faktor (PDGF), stromálny bunkový faktor (SDF)-1, angiopoetín (Ang)-1, transformujúci rastový faktor (TGF)- 3, hepatocytový rastový faktor (HGF), interferón (IFN)-, VEGF a IL-6 v CM od spoločností SHED, BMSC a MSC odvodených od Wharton's-Jelly (WJMSC).

PDGF-A, IL-10, FGF-2 a SDF-1 boli podobné vo všetkých vzorkách, TGF- 3 a Ang-1 boli vyššie v BMSC, zatiaľ čo HGF a INF- ukázalo zvýšenie SHED. VEGF bol zvýšený vo WJMSC [37].

Hodnotili sa aj rozdiely v sekrečných faktoroch ľudských trvalých a mliečnych zubov PDLSC. Proteíny zapojené do bunkového rastu, bunkovej komunikácie a prenosu signálu boli častejšie nájdené v PDLSC-CM trvalých zubov spolu s vyššími hladinami NT-3 a NT-4 a cytokínmi súvisiacimi s angiogenézou, ako je epidermálny rast faktor (EGF) a inzulínu podobný rastový faktor (IGF)-1.

Naopak, CM získané z PDLSC mliečnych zubov obsahovali hlavne proteíny zapojené do regulácie bunkového cyklu a hladín cytokínov zapojených do imunitnej odpovede a degradácie tkaniva a katalytických aktivít, vrátane MMP1, podjednotky proteazómu, typu alfa, 1 (PSMA1) a cullin 7 (CUL7) boli v týchto bunkách vyššie [38].

Bunky bunkovej CD{0}}bočnej populácie (SP) vykazovali najvyššie hladiny angiogénnych a neurotrofických faktorov v porovnaní s tými, ktoré boli izolované z kostnej drene a tukového tkaniva.

CM z buniek CD31− SP buničiny vykazovali antiapoptotické schopnosti a schopnosť vyrastať neuritov [39]. EXO odvodené z DPSC vykazovali silnejšiu imunomodulačnú kapacitu v porovnaní s EXO BMSC.

Konkrétne DPSC EXO inhibovali diferenciáciu CD4+ T buniek na bunky Thelper 17 a znížili sekréciu prozápalových cytokínov IL-17 a tumornecrosis factor (TNF)-, pričom podporovali polarizáciu CD{{5 }} T bunky na T reg a zvýšenie uvoľňovania protizápalových faktorov IL-10 a TGF-[40]. Študovali sa aj transkripty prítomné v EV.

GMSCs EV obsahovali transkripty kódujúce niekoľko rastových faktorov, ako sú TGF-, FGF a VEGF, ale aj ligandy rodiny neurotrofických faktorov odvodených z gliových buniek (GDNF) a neurotrofíny, ako je NGF, neurotrofický faktor odvodený z mozgu (BDNF), NT{ {4}} a NT-4 zapojené do vývoja neurónov. Prítomné boli aj niektoré IL a členovia rodiny Wnt [41].

EV obsahujú aj nekódujúcu RNA. EV PDLSC zdôraznili prítomnosť rôznych tried nekódujúcich RNA, vrátane antisense RNA a dlhých nekódujúcich RNA (lncRNA), ale aj piatich miRNA, ktorými sú MIR24-2, MIR142, MIR335, MIR490 a MIR296.

Tieto cieľové gény miRNA patria do triedy génovej ontológie „transdukcia proteínového signálu Ras“ a „organizácia cytoskeletu aktínu/mikrotubulov“ [42].

Celkovo bolo identifikovaných 593 a 920 známych PIWI-interagujúcich RNA (piRNA) zo SCAP-EXO a BMSC-EXO a 21 piRNA bolo rozdielne exprimovaných.

Cieľové gény odlišne exprimovaných piRNA sa podieľali hlavne na biologickej regulácii, bunkových procesoch, metabolických procesoch, väzbe a katalytickej aktivite.

Konkrétne, cieľové gény upregulovaných piRNA v SCAP-EXO boli obohatené o signálnu dráhu imitogénom aktivovanej proteínkinázy (MAPK), signálnu dráhu Ras a signálnu dráhu citrátového cyklu.

Naopak, cieľové gény downregulovaných piRNA v SCAP-EXO boli obohatené o signálnu dráhu p53 a signálnu dráhu infekcie vírusom Epstein-Barr [43].

For more information:1950477648nn@gmail.com