Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2011; 78(2):138-144 | DOI: 10.55095/achot2011/022
Výsledky srovnání chondrogenní diferenciace mezenchymálních kmenových buněk získaných z tukové tkáně s kultivovanými chondrocyty a mezenchymálními kmenovými buňkami z kostní dřeněPůvodní práce
- 1 Ortopedická klinika UK 2. LF a FN Motol, dětská a dospělá ortopedie a traumatologie, Praha
- 2 Centrum buněčné terapie a tkáňových náhrad 2. LF UK a FN Motol, Praha
- 3 Ústav experimentální medicíny AV ČR, Praha
PURPOSE OF THE STUDY:
Many congenital and acquired disorders as well as sequelae of injury are associated with articular cartilage degeneration, which adversely affects the patient's quality of life. The currently used cell therapy with cultured chondrocytes has its disadvantages due to a process of de-differentiation of chondrocytes during cultivation. We believe that the mesenchymal stem cell therapy offers a new treatment options.
MATERIAL AND METHODS:
The adult mesenchymal stem cells (MSCs) for chondrocyte differentiation are usually obtained from bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs). In this study these cells were compared with mesenchymal stem cells derived from adipose tissue (AMSCs). The aim of the study was to verify the ability of human BMSCs and AMSCs to differentiate into chondrocytes in vitro in the presence or absence of transforming growth factor beta (TGF-β1). Human BMSCs and AMSCs were collected from healthy donors during orthopaedic surgeries, in vitro cultured in three passages to obtain the required quantity of cells. A pellet culture system was used for chondrocyte differentiation.
RESULTS:
At 21 days of cultivation, cell aggregates grown in the chondrogenic medium were larger than those cultured in the control medium. Both the BMSCs and AMSCs pellet cultures showed spontaneous chondrogenesis. Histological staining with haematoxylin and eosin and Masson's trichrome stains, as well as immunohistochemical staining to detect type II collagen revealed no apparent differences between the pellet cultures with TGF-β1 presence and those without it. The real-time RT-PCR detected expression of the type II collagen gene in all tested cultures. In the BMSCs pellet culture only, TGF-β1 presence resulted in a decrease in type I collagen mRNA levels and in an increase in type II collagen mRNA values.
DISCUSSION:
Our results showed an in vitro chondrogenic potential of mature human mesenchymal stem cells derived from both bone marrow and adipose tissue. In agreement with the relevant literature data, we suggest that both cell types have an equal prospect for use in cartilage tissue engineering.
Klíčová slova: bone marrow, adipose tissue, transforming growth factor beta, cartilage, pellet culture system
Zveřejněno: 1. duben 2011 Zobrazit citaci
ACS | AIP | APA | ASA | Harvard | Chicago | Chicago Notes | IEEE | ISO690 | MLA | NLM | Turabian | Vancouver |
Reference
- BOSNAKOVSKI, D., MIZUNO, M., KIM, G., TAKAGI, S., OKUMURA, M., FUJINAGA, T.: Isolation and multilineage differentiation of bovine bone marrow mesenchymal stem cells. Cell Tissue Res., 319: 243-253, 2005.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- BOSNAKOVSKI, D., MIZUNO, M., KIM, G., TAKAGI, S., OKUMURA, M., FUJINAGA, T.: Chondrogenic differentiation of bovine bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) in different hydrogels: influence of collagen type II extracellular matrix on MSC chondrogenesis. Biotechnol. Bioeng., 93: 1152-1163, 2006.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- BRITTBERG, M., LINDAHL, A., NILSSON, A., OHLSSON, C., ISAKSSON, O., PETERSON, L.: Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte transplantation. N. Engl. J. Med., 331: 889-895, 1994.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- CONVERY, F. R., AKESON, W. H., AMIEL, D., MEYERS, M. H., MONOSOV, A.: Long-term survival of chondrocytes in an osteochondral articular cartilage allograft. A case report. J. Bone Jt Surg. 78-A: 1082-1088, 1996.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- DENKER, A.E., NICOLL, S. B., TUAN, R. S.: Formation of cartilage-like spheroids by micromass cultures of murine C3H10T1/2 cells upon treatment with transforming growth factor-beta 1. Differentiation., 59: 25-34, 1995.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- FRENKEL, S. R., DI CESARE, P. E.: Degradation and repair of articular cartilage. Front Biosci., 4: D671-685, 1999.
Přejít k původnímu zdroji...
- GILLOGLY, S. D., MYERS, T. H.: Treatment of full-thickness chondral defects with autologous chondrocyte implantation. Orthop. Clin. N. 36-A: 433-446, 2005.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- GIMBLE, J., GUILAK, F.: Adipose-derived adult stem cells: isolation, characterization, and differentiation potential. Cytotherapy, 5: 362-369, 2003.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- HUANG, J. I., ZUK, P. A., JONES, N. F., ZHU, M., LORENZ, H. P., HEDRICK, M. H., BENHAIM, P.: Chondrogenic potential of multipotential cells from human adipose tissue. Plast. Reconstr. Surg., 113: 585-594, 2004.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- HUNZIKER, E. B.: Articular cartilage repair: basic science and clinical progress. A review of the current status and prospects. Osteoarthritis Cartilage, 10: 432-463, 2002.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- IM, G. I., JUNG, N. H., TAE, S. K.: Chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells isolated from patients in late adulthood: the optimal conditions of growth factors. Tissue Eng., 12: 527-536, 2006.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- INDRAWATTANA, N., CHEN, G., TADOKORO, M., SHANN, L. H., OHGUSHI, H., TATEISHI, T., TANAKA, J., BUNYARATVEJ, A.: Growth factor combination for chondrogenic induction from human mesenchymal stem cell. Biochem. Biophys. Res Commun., 320: 914-919, 2004.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- JOHNSTONE, B., HERING, T. M., CAPLAN, A. I., GOLDBERG, V. M., YOO, J. U.: In vitro chondrogenesis of bone marrow-derived mesenchymal progenitor cells. Exp Cell Res., 238: 265-272, 1998.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- KIRSCH, T., VON DER MARK, K.: Remodelling of collagen types I, II and X and calcification of human fetal cartilage. Bone Miner., 18: 107-117, 1992.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- KOMÁREK, J., VALIŠ, P., ŘEPKO, M., CHALOUPKA, R., KRBEC, M.: Léčba osteochondrálních defektů kolenního kloubu metodou implantace solidního chondrograftu - dlouhodobé výsledky. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 77, 291-295, 2010.
Přejít k původnímu zdroji...
- KOSHER, R. A., KULYK, W. M., GAY, S. W.: Collagen gene expression during limb cartilage differentiation. J. Cell Biol., 102: 1151-1156, 1986.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- LA PRADE, R. F., BURSCH, L., OLSON, E. J., HAVLAS, V., CARLSON, C. S.: Histological Characteristics of Failed Articular Cartilage Replacement Procedures: A Case Series. Am J Sports Med, 36: 360-8, 2008.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- LEE, R. H., KIM, B., CHOI, I., KIM, H., CHOI, H. S., SUH, K., BAE, Y. C., JUNG, J. S.: Characterization and expression analysis of mesenchymal stem cells from human bone marrow and adipose tissue. Cell Physiol. Biochem., 14: 311-324, 2004.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- MACKAY, A. M., BECK, S. C., MURPHY, J. M., BARRY, F. P., CHICHESTER, C. O., PITTENGER, M. F.: Chondrogenic differentiation of cultured human mesenchymal stem cells from marrow. Tissue Eng., 4: 415-428, 1998.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- MASTROGIACOMO, M., CANCEDDA, R., QUARTO, R.: Effect of different growth factors on the chondrogenic potential of human bone marrow stromal cells. Osteoarthritis Cartilage, 9 Suppl. A:S36-40, 2001.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- MINAS, T., NEHRER, S.: Current concepts in the treatment of articular cartilage defects. Orthopedics, 20: 525-538, 1997.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- MUSIL, D., SADOVSKÝ, P., STEHLÍK, J., FILIP, L., VODIČKA, Z.: Artroskopický kapsulární release u syndromu zmrzlého ramene. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 76: 98-103, 2009.
Přejít k původnímu zdroji...
- PODŠKUBKA A, POVÝSIL C, KUBEŠ R, ŠPRINDRICH J, SEDLÁČEK R.: Treatment of deep cartilage defects of the knee with autologous chondrocyte transplantation on a hyaluronic Acid ester scaffolds (Hyalograft C). Acta Chir. orthop. Traum. čech., 73: 251-63, 2006.
Přejít k původnímu zdroji...
- SAKAGUCHI, Y., SEKIYA, I., YAGISHITA, K., MUNETA, T.: Comparison of human stem cells derived from various mesenchymal tissues: superiority of synovium as a cell source. Arthritis Rheum., 52:2 521-2529, 2005.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- SCHNABEL, M., MARLOVITS, S., ECKHOFF, G., FICHTEL, I., GOTZEN, L., VECSEI, V., SCHLEGEL, J.: Dedifferentiation-associated changes in morphology and gene expression in primary human articular chondrocytes in cell culture. Osteoarthritis Cartilage, 10: 62-70, 2002.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- STREM, B. M., HEDRICK, M. H.: The growing importance of fat in regenerative medicine. Trends Biotechnol., 23: 64-66, 2005.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- TULI, R., LI, W. J., TUAN, R. S.: Current state of cartilage tissue engineering. Arthritis Res Ther., 5: 235-238, 2003.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- VIŠŇA, P., PAŠA, L., HART, R., KOCIS, J., ČIŽMÁR, I., ADLER, J.: Treatment of deep chondral defects of the knee using autologous chondrocytes cultured on a support - results after one year. Acta Chir. orthop. Traum. čech., 70: 356-62, 2003.
- WINTER, A., BREIT, S., PARSCH, D., BENZ, K., STECK, E., HAUNER, H., WEBER, R. M., EWERBECK, V., RICHTER, W.: Cartilage-like gene expression in differentiated human stem cell spheroids: a comparison of bone marrow-derived and adipose tissue-derived stromal cells. Arthritis Rheum., 48: 418-429, 2003
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- ZUK, P. A., ZHU, M., MIZUNO, H., HUANG, J., FUTRELL, J. W., KATZ, A. J., BENHAIM, P., LORENZ, H. P., HEDRICK, M. H.: Multilineage cells from human adipose tissue: implications for cell-based therapies. Tissue Eng., 7: 211-228, 2001.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...