استفاده از سلول های بنیادی خون بند ناف (CB) برای کاربردهای سلول درمانی در درمان بیماری های مختلف CNS پیشنهاد شده است. ما فرض کردیم که راهکارهای مهندسی بافت ممکن است کارایی این رویکردها را از طریق بهبود قدرت حیات طولانی مدت و عملکرد پروژنیتورهای عصبی مشتق از سلول های بنیادی ارتقا دهند. برای آزمایش این فرضیه، ما قابلیت بقا و تمایز پروژنیتورهای عصبی مشتق از CB انسانی (HUCBNP) را در سازه های کلاژنی سه بعدی بررسی کردیم. برخلاف شرایط کشت دو بعدی، سلول ها در کشت های سه بعدی برای مدت زمانی بیشتر از دو ماه بقا پیدا می یابند. تحت شرایط سه بعدی، HUCBNP دستخوش تمایز عصبی خودبه خودی قرار می گیرند که این روند با تیمار سلول ها با محیط شرطی شده (CM) عصبی و فاکتور رشد عصبی (NGF) افزایش می یابد. رشد زواید عصبی که با ارزیابی fractal dimension (D (f)) شبکه های عصبی پیچیده، کمی سازی شد، به طور قابل توجهی تحت شرایط سه بعدی در حضور CM/NGF افزایش یافت که با کاهش بیان مارکرهای عصبی اولیه مانند nestin  و افزایش سطح مارکرهای عصبی بالغ مانند MAP-2، β-tubulin و انولاز اختصاصی عصبی و ظهور مارکرهای سیناپسی همراه می باشد. برای ارزیابی امکان استفاده های بالینی، HUCBNP از نمونه های CB فریز شده جداسازی شده و در شرایط سه بعدی کشت داده شدند. اطلاعات به دست آمده نشان دهنده حفظ کامل خصوصیات نوروتروپی (رشد عصبی) و نوروتروفی (بقای نورون ها) می باشند. در مجموع، شرایط کشت سه بعدی به عنوان یک گام اساسی برای حفظ پروژنیتورهای عصبی CB در شرایط in vitro و نیز بررسی ویژگی های اختصاصی تمایز عصبی در جهت استفاده های آتی از این سلول ها در درمان های ترمیمی مطرح شده اند. 

Enhanced Survival and Neurite Network Formation of Human Umbilical Cord Blood Neuronal Progenitors in Three-Dimensional Collagen Constructs.

Bercu MM, Arien-Zakay H, Stoler D, Lecht S, Lelkes PI, Samuel S, Or R, Nagler A, Lazarovici P, Elchalal U.

Source

School of Pharmacy, Institute for Drug Research, Faculty of Medicine, The Hebrew University of Jerusalem, Jerusalem, 91120, Israel.

Abstract

Umbilical cord blood (CB) stem cells have been proposed for cell-based therapeutic applications for diverse diseases of the CNS. We hypothesized that tissue-engineering strategies may extend the efficacy of these approaches by improving the long-term viability and function of stem cell-derived neuronal progenitors. To test our hypothesis, we explored the survival and differentiation of human CB-derived neuronal progenitors (HUCBNP) in a three-dimensional (3D) collagen construct. In contrast to two-dimensional culture conditions, the cells survived in 3D for an extended period of time of more than 2 months. Under 3D conditions, HUCBNP underwent spontaneous neuronal differentiation, which was further enhanced by treatment with neuronal conditioned medium (CM) and nerve growth factor (NGF). Neurite outgrowth, quantified by assessing the fractal dimension (D (f)) of the complex neuronal networks, was significantly enhanced under 3D conditions in the presence of CM/NGF, concomitant with a reduced expression of the early neuronal marker nestin (1.9-fold), and increased levels of mature neuronal markers such as MAP-2 (3.6-fold), β-tubulin (1.5-fold), and neuronal specific enolase (6.6-fold) and the appearance of the synaptic marker synaptophysin. To assess the feasibility for clinical usage, HUCBNP were also isolated from frozen CB samples and cultured under 3D conditions. The data indicate the essential complete preservation of neurotrophic (survival) and neurotropic (neurite outgrowth) properties. In conclusion, 3D culture conditions are proposed as an essential step for both maintenance of CB neuronal progenitors in vitro and for investigating specific features of neuronal differentiation towards future use in regenerative therapy.