اثرات ماکروفاژها روی استخوان زایی سلول های بنیادی مزانشیمی در یک مدل استخوانی سه بعدی برون تنی

تاریخ انتشار: شنبه 13 اردیبهشت 1399 | امتیاز: Article Rating

اختلالات عضلانی اسکلتی به طور پیوسته در سراسر جهان در حال افزایش هستند و در این میان برای مطالعه فیزیولوژی استخوان انسانی تحت شرایط سلامتی و بیماری نیاز روز افزونی به مدل های برون تنی جدید است. برای اینن مدل ها، در نظر گرفتن سلول های ایمنی ذاتی نیز حیاتی است. به طور ویژه، فاکتورهای پیام رسان تولید شده از ماکروفاژها نقش های کلیدی را در بیماری زایی بسیاری از فرایندها و بیماری های عضلانی اسکلتی از جمله شکستگی ها، استئوآرتریت، عفونت و ... بازی می کنند. در این مطالعه ما قصد داشتیم که بافت استخوانی سه بعدی و کپسوله شده کننده ماکروفاژی را در شرایط برون تنی برای مدل سازی رفتار سلولی، پیام رسانی و سایر فعالیت های زیستی درون تنی در مقایسه با مدل های دو بعدی موجود ایجاد کنیم. ما ابتدا شرایط کشت سه بعدی را برای ماکروفاژها بررسی و بهینه سازی کردیم و در ادامه ماکروفاژها را با سلول های بنیادی مزانشیمی(MSCs) هم کشت کردیم که برای تمایز استخوانی القا شده بودند و به این ترتیب اثرات ماکروفاژها روی تشکیل استخوان جدید را ارزیابی کردیم. ماکروفاژهای کشت شده در داربست هیدروژلی سه بعدی ساخته شده از ژلاتین مت آکریلات کراس لینک شده با نور، زنده مانی بالایی را نشان دادند و از فنوتیپ M1 به M2 قطبی شدند. در هم کشتی ماکروفاژها و سلول های بنیادی مزانشیمی انسانی، سلول های بنیادی مزانشیمی فعالیت های تعدیل کنندگی ایمنی را بوسیله سرکوب ماکروفاژ M1 و تقویت فنوتیپ ماکروفاژی M2نشان دادند. در آخر، اضافه کردن ماکروفاژها بدون توجه به وضعیت قطبی شدن، تمایز استخوانی سلول های بنیادی مزانشیمی را در مقایسه با شرایط کشت سلول های بنیادی مزانشیمی به تنهایی افزایش داد و ماکروفاژهای پیش التهابی M1 تشکیل استخوان جدید را به طور موثرتری تقویت کرد. به طور خلاصه، این مطالعه نقش های مهمی که پیام رسانی ماکروفاژی و التهاب در تشکیل بافت استخوان بازی می کنند را نشان می دهد.

Tissue Eng Part A. 2020 Apr 20. doi: 10.1089/ten.TEA.2020.0041. [Epub ahead of print]

Macrophage Effects on Mesenchymal Stem Cell Osteogenesis in a Three-Dimensional in vitro Bone Model.

Romero-López M1Li Z2Rhee C3Maruyama M4Pajarinen J5O'Donnell B6Lin TH7Lo CW8Hanlon J9Dubowitz R10Yao Z11Bunnell BA12Lin H13Tuan R14Goodman SB15.

Abstract

As musculoskeletal disorders continue to increase globally, there is an increased need for novel, in vitro models to efficiently study human bone physiology in the context of both healthy and diseased conditions. For these models, the inclusion of innate immune cells is critical. Specifically, signaling factors generated from macrophages play key roles in the pathogenesis of many musculoskeletal processes and diseases, including fracture, osteoarthritis, infection, etc. In this study, we aim to engineer three-dimensional (3D) and macrophage-encapsulated bone tissues in vitro, to model cell behavior, signaling, and other biological activities in vivo, in comparison to current two-dimensional (2D) models. We first investigated and optimized 3D culture conditions for macrophages, and then co-cultured macrophages with mesenchymal stem cells (MSCs) which were induced to undergo osteogenic differentiation to examine the effect of macrophage on new bone formation. Seeded within a 3D hydrogel scaffold fabricated from photocrosslinked methacrylated gelatin, macrophages maintained high viability and were polarized toward an M1 or M2 phenotype. In co-cultures of macrophages and human MSCs, MSCs displayed immunomodulatory activities by suppressing M1 and enhancing M2 macrophage phenotypes. Lastly, addition of macrophages, regardless of polarization state, increased MSC osteogenic differentiation, compared to MSCs alone, with pro-inflammatory M1 macrophages enhancing new bone formation most effectively. In summary, this study illustrates the important roles that macrophage signaling and inflammation play in bone tissue formation.

PMID: 32312178
ثبت امتیاز
نظرات
در حال حاضر هیچ نظری ثبت نشده است. شما می توانید اولین نفری باشید که نظر می دهید.
ارسال نظر جدید

تصویر امنیتی
کد امنیتی را وارد نمایید:

آرشیو سالانه
آرشیو سالانه
نظرات خوانندگان
نظرات خوانندگان