تأثیر همگرایی فاکتور رشد تغییر دهنده‌ی بتا (TGF-β) و هایپراسمولاریتی بر تمایز غضروفی و کاهش استخوانی شدن بافت تازه سنتز شده

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه زیست‌شناسی، دانشکده‌ی علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

2 دانشیار، گروه زیست‌شناسی، دانشکده‌ی علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

3 استادیار، مرکز تحقیقات فن‌آوری بن‌یاخته، گروه سلول‌های بنیادی، تهران، ایران

4 استادیار، گروه زیست‌شناسی، دانشکده‌ی علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

مقدمه: سلول‌های بنیادی مزانشیمی (Mesenchymal stem cells یا MSCs)، سلول‌های بنیادی چند توانه‌ای هستند که تمایز آن‌ها به کندروسیت‌ها در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. پلاسمای غنی از پلاکت (Platelet-rich plasma یا PRP)، به دلیل غنی بودن از فاکتورهای رشد متعدد و عامل هایپراسمولاریتی، به دلیل نزدیک کردن محیط تمایزی به محیط اصلی کندروسیت‌ها، می‌تواند بر این تمایز مؤثر باشد. با توجه به ایجاد عامل نامطلوب هایپرتروفی و استخوانی شدن، پژوهش حاضر با هدف دستیابی به یک محیط بهینه‌ی تمایز غضروفی بر MSCs انسانی انجام شد.روش‌ها: MSCs بافت چربی انسانی استخراج و به رده‌ی سلولی غضروف تمایز داده شد. اثر محیط‌های پایه حاوی فاکتور رشد تغییر دهنده‌ی بتا (Transforming growth factor beta یا TGF-β)، PRP، هایپراسمولاریتی، محیط پایه + هایپراسمولاریتی و PRP + هایپراسمولاریتی بر تمایز غضروفی با استفاده از رنگ‌آمیزی‌های اختصاصی شامل Alcian blue، هماتوکسیلین ائوزین (Hematoxylin and Eosin یا H&E) و ایمونوسیتوشیمی کلاژن نوع 2 و 10 بررسی گردید. شاخص‌های بیوشیمیایی شامل فعالیت Alkaline phosphatase (ALP) و رسوب کلسیم و بررسی بیان ژن‌های Col2، Sox9، Smad2 و Aggrecan نیز با استفاده از روش Real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) مورد سنجش قرار گرفت.یافته‌ها: MSCs بافت چربی انسانی با دارا بودن قدرت تمایز به رده‌ی سلولی چربی و استخوان، ویژگی‌های سلول‌های غضروفی را در همه‌ی گروه‌های تمایزی نشان داد. فعالیت ALP و میزان رسوب کلسیم در گروه تمایزی پایه + هایپراسمولاریتی نسبت به سایر گروه‌ها کمتر بود.نتیجه‌گیری: گروه تمایزی پایه + هایپراسمولاریتی می‌تواند محیط بهتری جهت تمایز غضروفی باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Synergistic Effects of Hyperosmolarity and Transforming Growth Factor Beta (TGF-β) on Chondrogenic Differentiation and Reducing Neotissue Ossification

نویسندگان [English]

  • Elham Konar 1
  • Saeed Reza Khatami 2
  • Hana Hanaee-Ahvaz 3
  • Mohamad Shfiee 4
  • Mohamad Reza Hajari 4
1 PhD Student, Department of Biology, School of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Associate Professor, Department of Biology, School of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
3 Assistant Professor, Department of Stem Cells, Stem Cell Technology Research Center, Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Department of Biology, School of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Background: Mesenchymal stem cells (MSCs), are multipotent stem cells that their differentiation to chondrocytes is considered in recent years. Platelet-rich plasma (PRP), because of rich of several growth factors, and also hyperosmolarity, because of stimulating differentiation culture medium to original medium of chondrocytes, can affect this differentiation. Considering hypertrophy and ossification as resulted adverse factors, this study aimed to achieve an optimal medium for chondrogenic differentiation of human MSCs.Methods: MSCs were extracted from adipose tissue, and differentiated to chondrocyte line. The effect of base medium containing transforming growth factor beta (TGF-β), PRP, hyperosmolarity, base + hyperosmolarity and PRP + hyperosmolarity on chondrogenic differentiation was assessed using special staining methods such as Alcian blue, hematoxylin and eosin (H&E), and collagen type II and X immunocytochemistry, measurement of biochemical indexes including alkaline phosphatase (ALP) activity and deposit of calcium, and study of expression of Col2, Smad2, Sox9, and Aggrecan genes using real-time polymerase chain reaction (RT-PCR).Findings: Human adipose tissue derived MSCs, with differentiation ability to adipocyte and osteocyte lines, were presented characterizations of chondrocytes in all differentiation groups. In base + hyperosmolarity group, ALP activity and deposit of calcium were less than other groups.Conclusion: Base + hyperosmolarity differentiation group can be a better culture medium for chondrogenic differentiation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mesenchymal stem cells
  • Cell differentiation
  • Platelet-rich plasma
  • Chondrocytes

مراجع

  1. Wang SZ, Chang Q, Kong XF, Wang C. The chondrogenic induction potential for bone marrow-derived stem cells between autologous platelet-rich plasma and common chondrogenic induction agents: A preliminary comparative study. Stem Cells Int 2015; 2015: 589124.
  2. Almalki SG, Agrawal DK. Key transcription factors in the differentiation of mesenchymal stem cells. Differentiation 2016; 92(1-2): 41-51.
  3. Kabiri A, Esfandiari E, Esmaeili A, Hashemibeni B, Pourazar A, Mardani M. Platelet-rich plasma application in chondrogenesis. Adv Biomed Res 2014; 3: 138.
  4. Andia I, Maffulli N. Platelet-rich plasma for managing pain and inflammation in osteoarthritis. Nat Rev Rheumatol 2013; 9(12): 721-30.
  5. Kon E, Filardo G, Delcogliano M, Fini M, Salamanna F, Giavaresi G, et al. Platelet autologous growth factors decrease the osteochondral regeneration capability of a collagen-hydroxyapatite scaffold in a sheep model. BMC Musculoskelet Disord 2010; 11: 220.
  6. Filardo G, Kon E, Pereira Ruiz MT, Vaccaro F, Guitaldi R, Di MA, et al. Platelet-rich plasma intra-articular injections for cartilage degeneration and osteoarthritis: single- versus double-spinning approach. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 2012; 20(10): 2082-91.
  7. Mishra A, Tummala P, King A, Lee B, Kraus M, Tse V, et al. Buffered platelet-rich plasma enhances mesenchymal stem cell proliferation and chondrogenic differentiation. Tissue Eng Part C Methods 2009; 15(3): 431-5.
  8. Mifune Y, Matsumoto T, Takayama K, Ota S, Li H, Meszaros LB, et al. The effect of platelet-rich plasma on the regenerative therapy of muscle derived stem cells for articular cartilage repair. Osteoarthritis Cartilage 2013; 21(1): 175-85.
  9. Spreafico A, Chellini F, Frediani B, Bernardini G, Niccolini S, Serchi T, et al. Biochemical investigation of the effects of human platelet releasates on human articular chondrocytes. J Cell Biochem 2009; 108(5): 1153-65.
  10. Smyth NA, Fansa AM, Murawski CD, Kennedy JG. Platelet-rich plasma as a biological adjunct for the surgical treatment of osteochondral lesions of the talus. Techniques in Foot and Ankle Surgery 2012; 11: 18–25.
  11. Smyth NA, Murawski CD, Fortier LA, Cole BJ, Kennedy JG. Platelet-rich plasma in the pathologic processes of cartilage: Review of basic science evidence. Arthroscopy 2013; 29(8): 1399-409.
  12. Akeda K, An HS, Okuma M, Attawia M, Miyamoto K, Thonar EJ, et al. Platelet-rich plasma stimulates porcine articular chondrocyte proliferation and matrix biosynthesis. Osteoarthritis Cartilage 2006; 14(12): 1272-80.
  13. Caron MM, van der Windt AE, Emans PJ, van Rhijn LW, Jahr H, Welting TJ. Osmolarity determines the in vitro chondrogenic differentiation capacity of progenitor cells via nuclear factor of activated T-cells 5. Bone 2013; 53(1): 94-102.
  14. Peffers MJ, Milner PI, Tew SR, Clegg PD. Regulation of SOX9 in normal and osteoarthritic equine articular chondrocytes by hyperosmotic loading. Osteoarthritis Cartilage 2010; 18(11): 1502-8.
  15. Pakfar A, Irani S, Hanaee-Ahvaz H. Expressions of pathologic markers in PRP based chondrogenic differentiation of human adipose derived stem cells. Tissue Cell 2017; 49(1): 122-30.
  16. Ramezanifard R, Kabiri M, Hanaee AH. Effects of platelet rich plasma and chondrocyte co-culture on MSC chondrogenesis, hypertrophy and pathological responses. EXCLI J 2017; 16: 1031-45.
  17. Mardani M, Kabiri A, Esfandiari E, Esmaeili A, Pourazar A, Ansar M, et al. The effect of platelet rich plasma on chondrogenic differentiation of human adipose derived stem cells in transwell culture. Iran J Basic Med Sci 2013; 16(11): 1163-9.
  18. Lee JC, Min HJ, Park HJ, Lee S, Seong SC, Lee MC. Synovial membrane-derived mesenchymal stem cells supported by platelet-rich plasma can repair osteochondral defects in a rabbit model. Arthroscopy 2013; 29(6): 1034-46.
  19. O'Conor CJ, Case N, Guilak F. Mechanical regulation of chondrogenesis. Stem Cell Res Ther 2013; 4(4): 61.
مجله دانشکده پزشکی اصفهان
دوره 37، شماره 515 - شماره پیاپی 515
فروردین و اردیبهشت 1398
صفحه 101-107

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 08 آذر 1397
  • تاریخ بازنگری: 07 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش: 17 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار