سایتوکاین های التهابی فنوتیپ معدنی منحصر به فردی را در سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان انسان القا می کنند
مغز استخوان شامل سلول های بنیادی مزانشیمی (MSC) است که می توانند به دودمان های مختلف مزانشیمی تمایز یابند. علاوه براین توانایی، گفته می شود که این سلول ها دربازگرداندن وترمیم ذاتی بافت همبند مهم بوده، همچنین به عنوان پایه ای درخدمت مهندسی بافت و طب ترمیمی هستند. با این حال، اطلاعات کمی درخصوص پاسخ های بیولوژیکی سلول های بنیادی مزانشیمی انسان درشرایط التهابی شناسایی شده است. هنگامی که سلول های بنیادی مزانشیمی به دست آمده ازمغز استخوان 8 تا 10 فرد در حضور IL-1β کشت داده شد، رسوب فراوانی از هیدروکسی آپاتیت مشاهده شد که صحت آن با طیف سنجی مادون قرمز تایید شد. میکروسکوپ الکترونی انتقالی نیز تولید تیغه های هیدروکسی آپاتیت را دراتصال با وزیکول ماتریکس نشان داد. فعالیت آلکالین فسفاتازی (ALP) در پاسخ به واسطه های التهابی افزایش نیافت اما تولید PPi  کاهش یافت که منعکس کننده فعالیت  کمتر اکتونوکلئوتید پیروفسفاتاز در سلول ها و وزیکول ماتریس است. از آنجا که PPI مهار کننده فیزیولوژیکی مهم معدنی شدن است، کاهش تولید آن شرایط لازم برای تشکیل هیدروکسی آپاتیت را فراهم می کند. این برخلاف سلول های بنیادی مزانشیمی تحت تیمار با دگزامتازون است که در آن سطح PPI  کاهش نمی یابد و معدنی شدن توسط یک افزایش بزرگ و سریع در فعالیت آلکالین فسفاتازی رخ می دهد. سیالوپروتئین استخوان تنها نشانگر استئوبلاستی است که به شدت توسط IL-1β القا می شود، در نتیجه این سلول ها با وجود رسوب معدنی فراوان استئوبلاست  نمی شوند. RT-PCR رونوشت های نشان دهنده دودمان های دیگر مزانشیمی از جمله سلولهای غضروفی، میوبلاست ها، سلولهای چربی، رباط، تاندون یا سلول های عضله صاف عروق را نشان نداد. IL-1β  چندین MAP کیناز را فسفریله کرده و فاکتور هسته ای kB (NF-κB) را فعال کرد. مهار کننده های ویژه MAPK و PI3K و نه NF-κB   مانع معدنی شدن شدند. این یافته ها برای معدنی  شدن بافت های نرم، مهندسی بافت و طب ترمیمی مهم می باشند.

J Biol Chem. 2013 Aug 22. [Epub ahead of print]

Inflammatory cytokines induce an unique mineralizing phenotype in mesenchymal stem cells derived from human bone marrow.

Ferreira E, Porter RM, Wehling N, O'Sullivan RP, Liu F, Boskey A, Estok DM, Harris MB, Vrahas MS, Evans CH, Wells JW.

Source

Harvard Medical School, United States;

Abstract

Bone marrow contains mesenchymal stem cells (MSCs) that can differentiate along multiple mesenchymal lineages. In this capacity, they are thought to be important in the intrinsic turnover and repair of connective tissues, while also serving as a basis for tissue engineering and regenerative medicine. However, little is known of the biological responses of human MSCs to inflammatory conditions. When cultured with IL-1β, marrow-derived MSCs from 8 of 10 human subjects deposited copious hydroxyapatite, whose authenticity was confirmed by Fourier transform infra-red spectroscopy. Transmission electron microscopy revealed the production of fine needles of hydroxyapatite in conjunction with matrix vesicles. Alkaline phosphatase (ALP) activity did not increase in response to inflammatory mediators, but PPi production fell reflecting lower ectonucleotide pyrophosphatase activity in cells and matrix vesicles. Because PPi is the major physiological inhibitor of mineralization, its decline generated permissive conditions for hydroxyapatite formation. This is in contrast to MSCs treated with dexamethasone, where PPi levels did not fall and mineralization was fuelled by a large and rapid increase in ALP activity. Bone sialoprotein was the only osteoblast marker strongly induced by IL-1β; thus these cells do not become osteoblasts, despite depositing abundant mineral. RT-PCR did not detect transcripts indicative of alternative mesenchymal lineages, including chondrocytes, myoblasts, adipocytes, ligament, tendon or vascular smooth muscle cells. IL-1β phosphorylated multiple MAPKs and activated Nuclear Factor-κB (NF-κB). Certain inhibitors of MAPK and PI3K, but not NF-κB, prevented mineralization. The findings are of importance to soft tissue mineralization, tissue engineering and regenerative medicine.

PMID: 23970554