اخیراً خون بند ناف (UCB) به عنوان منبع جدیدی از سلول های بنیادی مزانشیمی (MSCs) جهت کاربرد در سلول درمانی با سلول های بنیادی شناخته شده اند. ما اثرات تزریق سیستمیک UCB-MSCهای انسانی و محیط شرطی (CM) آن ها بر روی کاهش تراکم استخوان القا شده توسط برداشت تخمدان (OVX) در موش های فاقد سیستم ایمنی را مطالعه کردیم. موش های ماده فاقد سیستم ایمنی در سن دوازده هفتگی به شش گروه تقسیم شدند: موش های جراحی شده با Sham که با ابزار انتقال تیمار شدند (Sham-Vehicle)، موش های OVX تحت پیوند UCB-MSCs (OVX-MSC) یا فیبروبلاست های پوستی انسان (OVX-DFB)، موش های OVX تیمار شده با UCB-MSCs CM (OVX-CM)، zoledronate (OVX-Zol) یا ابزار انتقال (OVX-Vehicle). هرچند که گروه OVX-Vehicle در مقایسه با گروه Sham-Vehicle به طور قابل توجهی کسب تراکم استخوانی (BMD) کمتری را نشان می داد، پیوند hUCB-MSCs (گروه OVX-MSC) به طور موثری از کاهش توده استخوانی در اثر OVX جلوگیری کرده است. قابل توجه است که گروه OVX-CM نیز در مقایسه با گروه OVX-MSC به طور قابل توجهی حفظ BMD را نشان می داد. علاوه براین، آنالیزهای Micro-CT نشان دادند که برخی پارامترهای سلولی در گروه های OVX-MSC و OVX-CM در مقایسه با Sham-Vehicle یا OVX-DFB بهبود یافته اند. آنالیزهای بافت شناسی و مورفولوژیکی بیانگر افزایش پارامترهای تشکیل استخوان بودند که به واسطه افزایش سطوح ان-تلوپپتید پروکلاژن نوع 1 سرم در موش های OVX-MSC و OVX-CM صورت می گرفت. هرچند، آنالیزهای حرکت و جابجایی های سلولی نتوانستند پیوند سلول های بنیادی مزانشیمی در بافت استخوان را 48 ساعت پس از تزریق سلولی نشان دهند. در شرایط in vitro، hUCB-MSC CM باعث افزایش فعالیت آلکالین فسفاتاز در MSCهای مشتق از مغز استخوان انسانی و بیان mRNAی کلاژن نوع 1، Runx2، osterix وآلکالین فسفاتاز در سلول های C3H10T1/2 شدند. علاوه براین، hUCB-MSC CM به طور قابل توجهی باعث افزایش بقای سلول های MLO-Y4 شبه استئوسیتی شدند در حالیکه از تمایز به سمت استئوکلستیک جلوگیری می کردند. به طور خلاصه، پیوند hUCB-MSCها می توانست به طور موثری از کاهش تراکم استخوان به واسطه OVX در موش های فاقد سیستم ایمنی جلوگیری به عمل آورد که ظاهراً این اثر از طریق مکانیسم پاراکراینی به جای اثر مستقیم پیوند MSCها صورت می گیرد. 

Transplantation of Human Umbilical Cord Blood-Derived Mesenchymal Stem Cells or Their Conditioned Medium Prevents Bone Loss in Ovariectomized Nude Mice.

An JH, Park H, Song JA, Ki KH, Yang JY, Choi HJ, Cho SW, Kim SW, Kim SY, Yoo JJ, Beak WY, Kim JE, Choi SJ, Oh W, Shin CS.

Source

Seoul National University College of Medicine, Internal Medicine, Seoul , Korea, Republic of; jeehyunan@gmail.com.

Abstract

Umbilical cord blood (UCB) has recently been recognized as a new source of mesenchymal stem cells (MSCs) for use in stem cell therapy. We studied the effects of systemic injection of human UCB-MSCs and their conditioned medium (CM) on ovariectomy (OVX)-induced bone loss in nude mice. Ten-week-old female nude mice were divided into six groups: Sham-operated mice treated with vehicle (Sham-Vehicle), OVX mice subjected to UCB-MSCs (OVX-MSC) or human dermal fibroblasts (OVX-DFB) transplantation, OVX mice treated with UCB-MSCs CM (OVX-CM), zoledronate (OVX-Zol), or vehicle (OVX-Vehicle). Although OVX-Vehicle group exhibited significantly less bone mineral density (BMD) gain compared with Sham-Vehicle group, transplantation of hUCB-MSCs (OVX-MSC group) has effectively prevented OVX-induced bone mass attenuation. Notably, OVX-CM group also showed BMD preservation comparable to the OVX-MSC group. In addition, micro-CT analysis demonstrated improved trabecular parameters in both OVX-MSC and OVX-CM groups compared to OVX-Vehicle or OVX-DFB group. Histomorphometric analysis showed increased bone formation parameters, accompanied by increased serum procollagen type-I N-telopeptide levels in OVX-MSC and OVX-CM mice. However, cell trafficking analysis failed to demonstrate engraftment of MSCs in bone tissue 48 hrs after cell infusion. In vitro, hUCB-MSC CM increased alkaline phosphatase activity in human bone marrow-derived MSCs and mRNA expression of collagen type 1, Runx2, osterix, and alkaline phosphatase in C3H10T1/2 cells. Furthermore, hUCB-MSC CM significantly increased survival of osteocyte-like MLO-Y4 cells while it inhibited osteoclastic differentiation. To summarize, transplantation of hUCB-MSCs could effectively prevented OVX-mediated bone loss in nude mice which appears to be mediated by paracrine mechanism rather than direct engraftment of the MSCs