Dae-Won Kim

1 Departamentul de Neurochirurgie, Institutul de Științe Medicale Wonkwang, Școala de Medicină, Universitatea Wonkwang, 344-2 Shinyong-dong, Iksan 570-749, Coreea; E-mailuri: rk.ca.ukw@wdmik (D-W.K.); rk.ca.ukw@dsgnak (S-D.K.)

2 Centrul de excelență pentru îmbătrânirea și repararea creierului, Departamentul de neurochirurgie și repararea creierului, Universitatea din South Florida College of Medicine, Tampa, FL 33612, SUA; E-mailuri: ude.fsu.liam@snahgaem (MS); ude.fsu.htlaeh@uzonihsk (K.S.); ude.fsu.liam@ehctnapp (P.P.)

Capse Meaghan

2 Centrul de excelență pentru îmbătrânirea și repararea creierului, Departamentul de neurochirurgie și repararea creierului, Universitatea din South Florida College of Medicine, Tampa, FL 33612, SUA; E-mailuri: ude.fsu.liam@snahgaem (MS); ude.fsu.htlaeh@uzonihsk (K.S.); ude.fsu.liam@ehctnapp (P.P.)

Kazutaka Shinozuka

2 Centrul de excelență pentru îmbătrânirea și repararea creierului, Departamentul de neurochirurgie și repararea creierului, Universitatea din South Florida College of Medicine, Tampa, FL 33612, SUA; E-mailuri: ude.fsu.liam@snahgaem (MS); ude.fsu.htlaeh@uzonihsk (K.S.); ude.fsu.liam@ehctnapp (P.P.)

Paolina Pantcheva

2 Centrul de excelență pentru îmbătrânirea și repararea creierului, Departamentul de neurochirurgie și repararea creierului, Universitatea din South Florida College of Medicine, Tampa, FL 33612, SUA; E-mailuri: ude.fsu.liam@snahgaem (MS); ude.fsu.htlaeh@uzonihsk (K.S.); ude.fsu.liam@ehctnapp (P.P.)

Sung-Don Kang

1 Departamentul de Neurochirurgie, Institutul de Științe Medicale Wonkwang, Școala de Medicină, Universitatea Wonkwang, 344-2 Shinyong-dong, Iksan 570-749, Coreea; E-mailuri: rk.ca.ukw@wdmik (D-W.K.); rk.ca.ukw@dsgnak (S-D.K.)

Cesar V. Borlongan

2 Centrul de excelență pentru îmbătrânirea și repararea creierului, Departamentul de neurochirurgie și repararea creierului, Universitatea din South Florida College of Medicine, Tampa, FL 33612, SUA; E-mailuri: ude.fsu.liam@snahgaem (MS); ude.fsu.htlaeh@uzonihsk (K.S.); ude.fsu.liam@ehctnapp (P.P.)

Abstract

1. Introducere

2. Relația anatomică a diferitelor structuri UC și WJ ca surse de MSC

În timpul sarcinii, fătul și placenta sunt conectate printr-o UC elastică care împiedică compresia, torsiunea și îndoirea vaselor ombilicale, asigurând în același timp o bună circulație a sângelui. Anatomic, UC constă din două artere ombilicale și o venă ombilicală, ambele încorporate într-o matrice specifică bogată în proteoglicani mucoși, cunoscută sub numele de WJ, care este apoi acoperită de epiteliu amniotic (Figura 1).

caracterizarea

Diagrama secțiunii transversale a cordonului ombilical uman prezintă compartimente anatomice, inclusiv jeleul Wharton, ca sursă de celule stem.

WJ care conține o populație multipotentă de MSC asemănătoare fibroblastelor a fost obținută pentru prima dată acum mai bine de 10 ani [12]. Anterior, WJ-MSC erau denumite „celule stem matriciale ale cordonului ombilical (UCMSC)” pentru a le distinge de celulele endoteliale izolate din vena ombilicală (HUVEC), precum și de MSC izolate din sângele UC (UCB-MSC) [13,14].

Există două posibile teorii cu privire la modul în care celulele stem au existat în WJ. În primul rând, au existat două valuri de migrație a MSC fetale în dezvoltarea umană timpurie. În timpul acestor valuri de migrație, unii dintre CSM au fost prinși și au locuit în WJ gelatinos al UC [15]. În al doilea rând, celulele din WJ sunt de fapt MSC primitive originare din mezenchim care erau deja acolo în matricea UC. Funcția acestor celule poate fi de a secreta diferitele glicoproteine, mucopolizaharide, glicozaminoglicanii și proteinele matricei extracelulare pentru a forma o substanță de bază gelatinoasă pentru a preveni strangularea vaselor UC în timpul gestației [16].

3. Caracteristici caracteristice ale WJ-MSC pentru terapia celulară

3.1. Surse de celule stem

Diverse tipuri de celule stem au fost izolate până în prezent la om dintr-o varietate de țesuturi, inclusiv embrioni preimplantatori, fături, țesuturi asociate nașterii și organe adulte. Pe baza markerilor biochimici și genomici, acestea pot fi clasificate pe scară largă în celule stem embrionare (ESC), celule stem mezenchimale (MSC) și celule stem hematopoietice (HPS).

HSC au o plasticitate limitată prin faptul că se pot diferenția doar în sânge și linii legate de sânge. În plus, numerele HSC din măduva osoasă și UC sunt scăzute și necesită expansiune ex vivo pentru tratamentul bolilor hematologice la omul adult. Cu toate acestea, un studiu recent a arătat că există dovezi puternice că HSC-urile sunt pluripotente și reprezintă sursa pentru majoritatea, dacă nu pentru toate, tipurile de celule din corpul nostru [31].

MSC fetale sunt controversate, deoarece sunt derivate din avorturi umane. De când Pittenger și colegii săi au demonstrat izolarea cu succes a MSC multipotent din măduva osoasă, aceasta a devenit sursa primară din care să se obțină MSC [32]. Deși BM-MSC sunt cele mai studiate și bine documentate, BM-MSC au limitări în ceea ce privește numărul de celule și, ca atare, necesită expansiune in vitro, existând riscul pierderii proprietăților stem, inducerea modificărilor cromozomiale artificiale și probleme de contaminare [ 16.32]. Țesutul adipos a apărut recent ca o sursă alternativă de MSC. În ciuda naturii sale abundente, este încă necesară o procedură invazivă pentru colectarea țesutului [33].

MSC perinatale extraembrionare recoltate din placentă, membrană fetală (amnion și corion), sânge UC, UC și lichid amniotic reprezintă un tip de celule stem intermediare care combină parțial unele proprietăți pluripotente ale MSC adulte [34-37]. Deoarece au o relație ontogenetică strânsă cu celulele stem embrionare, MSC derivate din țesuturi extraembrionare au caracteristici imunoprivilegiate, posedă o plasticitate multipotentă mai largă și proliferează mai repede decât MSC adulți [37,38]. Mai mult, aceste celule ar putea fi izolate și utilizate fără probleme etice, deoarece țesuturile extra-embrionare sunt în mod normal aruncate după naștere [38].

3.2. Proprietatea imunomodulatoare a WJ

3.3. Caracterizarea fenotipică a WJ

Ulterior, Jeschke și colegii săi au identificat regiunea specifică a căptușelii UC (sub-amnion) și WJ îmbogățită cu nișe de celule stem [17]. Înainte de acest raport, Kita și colegii de muncă [25] au încercat anterior să izoleze MSC-urile din sub-amnionul UC și au raportat că MSC-urile sub-amniotice sunt distincte de ESC-uri și nu prezintă tumorigenicitate in vitro. CL-MSC izolate prin metoda lor mențin caracteristicile tipice ale MSC in vitro, dar au prezentat și câteva caracteristici specifice [25]. Datorită mai multor zone anatomice distincte găsite în UC, celulele multipotente izolate prezintă uneori eterogenitate. În plus, diferențele în tehnica de izolare pot duce la variații suplimentare. De remarcat, CL-MSC au un potențial excelent în ceea ce privește capacitatea lor proliferativă și, eventual, multipotența [17]. Cu toate acestea, principalul dezavantaj al CL-MSC este natura extrem de consumatoare de timp a procesului de izolare. În schimb, WJ oferă o gamă largă de MSC-uri. Deși WJ - MSC prezintă mai multe variații în ceea ce privește calitatea celulei, WJ este încă un depozit foarte util de MSC. În consecință, alegerea sursei MSC ar trebui să ia în considerare calitatea și cantitatea de celule stem necesare pentru fiecare aplicație specifică.

4. Aplicații clinice ale celulelor stem derivate din WJ

4.1. Terapia împotriva cancerului

4.2. Boală de ficat

4.3. Boli cardiovasculare

4.4. Regenerarea cartilajului

4.5. Repararea nervilor periferici

4.6. Diferențierea cardiacă a celulelor stem umane derivate de WJ

Accesibilitatea ușoară și capacitatea UCMSC de a se diferenția în celule cu caracteristici ale cardiomiocitelor fac din UCMSC un candidat atractiv pentru terapii bazate pe celule și ingineria țesutului cardiac. Următorul pas este de a arăta dacă UCMSC, precum și celulele stem derivate din WJ, posedă proprietăți funcționale ale cardiomiocitelor pentru a evalua pe deplin utilitatea lor pentru repararea cardiacă.

5. Noile frontiere de cercetare în cercetarea WJ

5.1. MSC-uri clonale

O sursă bogată de MSC umane a fost găsită în regiunea perivasculară a UC umană, numită HUCPVCs [24,100,101], care a permis prima confirmare clonală robustă a unei singure celule a unei ierarhii a diferențierii MCS [102]. Izolarea unei populații HUCPVC non-hematopoietice (CD45−, CD34−, SH2 +, Thy-1 +, CD44 +) [24] poate reprezenta o sursă semnificativă de celule pentru terapiile alogene bazate pe MSC datorită timpului lor de dublare rapidă, a frecvențelor ridicate. de subpopulație CFU -F și CFU-osteogenă și fenotip MHC -/- ridicat. HUCPVC prezintă un fenotip imunologic similar cu MSC derivate din măduva osoasă (BM-MSC) și prezintă un fenotip miofibroblastic non-hematopoietic MSC (CD45−, CD34−, CD105 +, CD73 +, CD90 +, CD44 +, CD106 +, 3G5 +, CD146 +) [103. În plus față de capacitatea robustă de diferențiere a potențialului quinti in vitro, s-a demonstrat că HUCPVC contribuie atât la vindecarea plăților musculo-scheletice, cât și a celei cutanate in vivo [103]. Extinderi clonale similare de celule stem derivate din WJ vor oferi un set bine definit de celule stem, permițând validarea și replicarea consecventă a studiilor care ar putea îmbunătăți traducerea cu succes a studiilor de laborator ale WJ pentru aplicații terapeutice.

5.2. Utilizarea imagisticii prin rezonanță magnetică în celulele stem Contrast Label-UC

6. Concluzii

În total, aceste studii oferă vederi autoritare asupra markerilor fenotipici și a potențialului terapeutic al celulelor stem derivate din WJ. Vă oferim informații despre lacunele de cunoștințe pentru proprietățile biologice ale celulelor și aplicațiile de translație. Cunoscând numeroasele surse de țesuturi ale celulelor stem, investigațiile ulterioare cu privire la avantajele și limitările WJ vor dezvălui regimurile lor optime de transplant care sunt adaptate pentru boli specifice.

Mulțumiri

CV Borlongan este susținut de James and Esther King Foundation for Biomedical Research Program 1KG01-33966, Department of Defense W81XWH1110634 și NIH NINDS RO1 1R01NS071956-01. DW Kim este susținut de SoongSan Fellow Ship de la Universitatea WonKwang în 2012.

Conflict de interese

Autorii nu declară niciun conflict de interese.