شرایط هیپوکسی باعث استخوان سازی در سلول های بنیادی مشتق از چربی خرگوش دارای افزایش بیان پروتئین مورفوژنیک استخوانی نوع 2 می شود
هدف: محیط های کشت هیپوکسیک (کمبود اکسیژن) سبب بقاء و ترشح فاکتورهای رشد مختلف در سلول های بنیادی مزانشیمی (MSC) می شود. سلول های بنیادی اصلاح شده ژنتیکی با بیان بالای ژن پروتئین مورفوژنیک استخوانی 2 ( 2- BMP) توانایی استخوان سازی زیادی را نشان می دهند. از این رو، ما به بررسی تاثیر توأم شرایط کشت هیپوکسیک و بیان بالای 2- BMP بر روی توانایی استخوان سازی سلولهای بنیادی مشتق از چربی خرگوش (rASCs) در شرایط in vitro پرداختیم.
مواد و روش ها: سلول های بنیادی مشتق از چربی خرگوش با و یا بدون آدنوویروس حامل 2- BMP در شرایط هیپوکسیک (1٪) و نرموکسیک (21٪) کشت داده شدند. میزان بقاء، چسبندگی و تکثیر سلولی با هم مقایسه شدند. تکثیر ژن های استخوانی و رگ زایی از جمله آلکالین فسفاتاز (ALP)، استئوکلسین (OCN)، HIF-1α و فاکتور رشد اندوتلیال عروقی (VEGF) ازطریق Real-time PCR انجام شد. علاوه براین، فعالیت آلکالین فسفاتازی، رنگ آمیزی ایمنوفلورسنس استئوکلسین و تست معدنی شدن با استفاده از روش کمی آلیزارین قرمز و رنگ آمیزی von kossa انجام شد.
یافته ها: سلول ها تحت شرایط هیپوکسیک ، طی 12 ساعت چسبندگی بهتر وتکثیر سریع تری داشتند. از آنجاییکه بیان بالای BMP-2 و شرایط هیپوکسیک به طور جداگانه رونویسی ژن های کلیدی استخوانی و رگ زایی را افزایش می دهند، اثر مشترک آنها سبب افزایش بیشتر بیان ژن های استخوانی و همچنین رگ زایی شد. تغییرات یکسانی در فعالیت های آلکالین فسفاتازی، رنگ آمیزی ایمنوفلورسنس استئوکلسین و تست معدنی مشاهده شد.
نتیجه گیری: کشت هیپوکسیک می تواند توانایی استخوان سازی سلول های بنیادی مشتق از چربی خرگوش حامل ژن اصلاح شده BMP-2 را افزایش داده ویک استراتژی برای بهبود استخوان سازی rASCs در ترمیم استخوان در شرایط vivo in فراهم کند .
Oral Dis. 2013 Jun 25. doi: 10.1111/odi.12148. [Epub ahead of print]
Hypoxia induces osteogenesis in rabbit adipose-derived stem cells overexpressing bone morphogenic protein-2.
Xu L, Sun X, Cao K, Wu Y, Zou D, Liu Y, Zhang X, Zhang X, Wang G, Huang Q, Jiang X.
Source
Department of Prosthodontics, Ninth People's Hospital, Shanghai Jiao Tong University, School of Medicine, Shanghai, China; Oral Bioengineering and Regenerative Medicine Lab, Shanghai Research Institute of Stomatology, Ninth People's Hospital, Shanghai Key Laboratory of Stomatology, Shanghai Jiao Tong University, School of Medicine, Shanghai, China.
Abstract
OBJECTIVE:
Hypoxic culture potentiates mesenchymal stem cells (MSCs) to survive and secrete various growth factors. Genetically modified stem cells overexpressing bone morphogenic protein-2 (BMP-2) demonstrate strong osteogenic ability. Hence, we investigated the coeffect of hypoxic culture conditions and BMP-2 overexpression on the osteogenic ability of rabbit adipose-derived stem cells (rASCs) in vitro.
MATERIALS AND METHODS:
Rabbit adipose-derived stem cells with or without adenoviral-BMP-2 transduction were cultured in hypoxic (1%) and normoxic (21%) conditions. Cell viability, attachment, and proliferation were compared. Real-time PCR amplification of osteogenic and angiogenic genes including alkaline phosphatase (ALP), osteocalcin (OCN), HIF-1α, and vascular endothelial growth factor (VEGF) was performed. Moreover, ALP activity, immunofluorescent staining of OCN, and mineralization assay by alizarin red S quantification and von Kossa staining were conducted.
RESULTS:
Cells under hypoxic conditions attached better within 12 h and proliferated faster. While BMP-2 overexpression and hypoxic condition separately elevated the transcription of key osteogenic and angiogenic genes, a cooperative effect was observed to enhance the upregulation of osteogenic as well as angiogenic genes. Identical changes were observed in ALP activity, immunofluorescent staining of OCN, and mineralization assay.
CONCLUSIONS:
Hypoxic culture can enhance the osteogenic ability of BMP-2 gene-modified rASCs, which provides a strategy to improve the osteogenesis of rASCs for in vivo bone regeneration.
PMID: 23865899