Biopolym. Cell. 2016; 32(4):262-270.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.000928
Молекулярна та клітинна біотехнології
Морфологічні характеристики мезенхімальних стовбурових клітин Вартонова студня, що культивовані при фізіологічних концентраціях кисню у різних газових сумішах
1Шувалова Н. С., 1, 2Кордюм В. А.
  1. ДУ «Інститут генетичної і регенеративної медицини НАМН України»
    вул. Вишгородська, 67, Київ, Україна, 04114
  2. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03680

Abstract

Культивування мезенхімальних ствобурових клітин (МСК) за знижених концентрацій кисню має сприятливий вплив на їх властивості. Мета. дослідити вплив умов помірної гіпоксії на особливості морфології культур МСК Вартонова студня (МСК-ВС) людини. Методи. МСК-ВС були отримані методом експлантів і культивовані в газових сумішах, що містили 3 % О2, 4 % СО2 і 93 % азоту або аргону. На кожному пасажі культури було фіксовано ш забарвлено гематоксиліном и еозином. За допомогою морфометрії визначали ядерно-цитоплазматичне співвідношення (ЯЦС) і коефіцієнт «ширина/довжина», який розраховували як відношення ширини клітини до її довжини. Результати. Різницю по ЯЦС і коефіцієнту «ширина/довжина» було виявлено як між культурами МСК на різних пасажах, так між культурами одного пасажу з різних газових сумішей. Найвищий рівень морфологічної гомогенності можна було спостерігати на другому пасажі. На третьому пасажі почали з’являтись клітини, що мали старіючий фенотип. Рівень морфологічної гетерогенності в популяціях, культивованих за 3 % О2, був нижчим, ніж в умовах СО2-інкубатора (атмосферна концентрація кисню ≈ 20 %, вуглекислий газ – 4 %). Найбільш гомогенними були МСК, культивовані в суміші на основі азоту. Висновки. У процесі культивування МСК-ВС на ранніх пасажах спостерігаються зміни морфології по ЯЦС и формі клітин. У процесі культивування рівень морфологічної гетерогенності в культурах змінювався. Умови фізіологічних концентрацій кисню мали позитивний вплив на культивовані клітини.
Keywords: мезенхимальні стовбурові клітини, Вартонів студень, гіпоксія, морфологія, аргон
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Fong CY, Richards M, Manasi N, Biswas A, Bongso A. Comparative growth behaviour and characterization of stem cells from human Wharton's jelly. Reprod Biomed Online. 2007;15(6):708-18.
[2] Hsieh JY, Wang HW, Chang SJ, Liao KH, Lee IH, Lin WS, Wu CH, Lin WY, Cheng SM. Mesenchymal stem cells from human umbilical cord express preferentially secreted factors related to neuroprotection, neurogenesis, and angiogenesis. PLoS One. 2013;8(8):e72604.
[3] Troyer DL, Weiss ML. Wharton's jelly-derived cells are a primitive stromal cell population. Stem Cells. 2008;26(3):591-9.
[4] Saskianti T, Misami K, Kato Y. Comparison of Hyclone and Biowest: effect to hMSC proliferation, morphology, and osteogenic differentiation. J Trop Life Sci. 2013; 3(1):63-8.
[5] Dominici M, Le Blanc K, Mueller I, Slaper-Cortenbach I, Marini F, Krause D, Deans R, Keating A, Prockop Dj, Horwitz E. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 2006;8(4):315-7.
[6] Katsube Y, Hirose M, Nakamura C, Ohgushi H. Correlation between proliferative activity and cellular thickness of human mesenchymal stem cells. Biochem Biophys Res Commun. 2008;368(2):256-60.
[7] Wagner W, Horn P, Castoldi M, Diehlmann A, Bork S, Saffrich R, Benes V, Blake J, Pfister S, Eckstein V, Ho AD. Replicative senescence of mesenchymal stem cells: a continuous and organized process. PLoS One. 2008;3(5):e2213.
[8] Digirolamo CM, Stokes D, Colter D, Phinney DG, Class R, Prockop DJ. Propagation and senescence of human marrow stromal cells in culture: a simple colony-forming assay identifies samples with the greatest potential to propagate and differentiate. Br J Haematol. 1999;107(2):275-81.
[9] Schellenberg A, Lin Q, Schüler H, Koch CM, Joussen S, Denecke B, Walenda G, Pallua N, Suschek CV, Zenke M, Wagner W. Replicative senescence of mesenchymal stem cells causes DNA-methylation changes which correlate with repressive histone marks. Aging (Albany NY). 2011;3(9):873-88.
[10] Severino V, Alessio N, Farina A, Sandomenico A, Cipollaro M, Peluso G, Galderisi U, Chambery A. Insulin-like growth factor binding proteins 4 and 7 released by senescent cells promote premature senescence in mesenchymal stem cells. Cell Death Dis. 2013;4:e911.
[11] Kuhn NZ, Tuan RS. Regulation of stemness and stem cell niche of mesenchymal stem cells: implications in tumorigenesis and metastasis. J Cell Physiol. 2010;222(2):268-77.
[12] Kolf CM, Cho E, Tuan RS. Mesenchymal stromal cells. Biology of adult mesenchymal stem cells: regulation of niche, self-renewal and differentiation. Arthritis Res Ther. 2007;9(1):204.
[13] Watt FM, Hogan BL. Out of Eden: stem cells and their niches. Science. 2000;287(5457):1427-30.
[14] Bork S, Pfister S, Witt H, Horn P, Korn B, Ho AD, Wagner W. DNA methylation pattern changes upon long-term culture and aging of human mesenchymal stromal cells. Aging Cell. 2010;9(1):54-63.
[15] Choo KB, Tai L, Hymavathee KS, Wong CY, Nguyen PN, Huang CJ, Cheong SK, Kamarul T. Oxidative stress-induced premature senescence in Wharton's jelly-derived mesenchymal stem cells. Int J Med Sci. 2014;11(11):1201-7.
[16] Wang Y, Zhang Z, Chi Y, Zhang Q, Xu F, Yang Z, Meng L, Yang S, Yan S, Mao A, Zhang J, Yang Y, Wang S, Cui J, Liang L, Ji Y, Han ZB, Fang X, Han ZC. Long-term cultured mesenchymal stem cells frequently develop genomic mutations but do not undergo malignant transformation. Cell Death Dis. 2013;4:e950.
[17] Basciano L, Nemos C, Foliguet B, de Isla N, de Carvalho M, Tran N, Dalloul A. Long term culture of mesenchymal stem cells in hypoxia promotes a genetic program maintaining their undifferentiated and multipotent status. BMC Cell Biol. 2011;12:12.
[18] Rosová I, Dao M, Capoccia B, Link D, Nolta JA. Hypoxic preconditioning results in increased motility and improved therapeutic potential of human mesenchymal stem cells. Stem Cells. 2008;26(8):2173-82.
[19] Dos Santos F, Andrade PZ, Boura JS, Abecasis MM, da Silva CL, Cabral JM. Ex vivo expansion of human mesenchymal stem cells: a more effective cell proliferation kinetics and metabolism under hypoxia. J Cell Physiol. 2010;223(1):27-35.
[20] Shuvalova NS, Kordium VA. Comparison of proliferative activity of Wharton jelly mesenchymal stem cells in cultures under various gas conditions. Biopolym Cell. 2015; 31(3):233–9.
[21] Culture of animal cells. Methods. Eds. R. Freshney. New York: Wiley, 1989. 333.
[22] McBeath R, Pirone DM, Nelson CM, Bhadriraju K, Chen CS. Cell shape, cytoskeletal tension, and RhoA regulate stem cell lineage commitment. Dev Cell. 2004;6(4):483-95.
[23] Kilian KA, Bugarija B, Lahn BT, Mrksich M. Geometric cues for directing the differentiation of mesenchymal stem cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107(11):4872-7.
[24] Wang HS, Hung SC, Peng ST, Huang CC, Wei HM, Guo YJ, Fu YS, Lai MC, Chen CC. Mesenchymal stem cells in the Wharton's jelly of the human umbilical cord. Stem Cells. 2004;22(7):1330-7.
[25] Kern S, Eichler H, Stoeve J, Klüter H, Bieback K. Comparative analysis of mesenchymal stem cells from bone marrow, umbilical cord blood, or adipose tissue. Stem Cells. 2006;24(5):1294-301.
[26] Stenderup K, Justesen J, Clausen C, Kassem M. Aging is associated with decreased maximal life span and accelerated senescence of bone marrow stromal cells. Bone. 2003;33(6):919-26.
[27] Bonab MM, Alimoghaddam K, Talebian F, Ghaffari SH, Ghavamzadeh A, Nikbin B. Aging of mesenchymal stem cell in vitro. BMC Cell Biol. 2006;7:14.
[28] Carrancio S, López-Holgado N, Sánchez-Guijo FM, Villarón E, Barbado V, Tabera S, Díez-Campelo M, Blanco J, San Miguel JF, Del Cañizo MC. Optimization of mesenchymal stem cell expansion procedures by cell separation and culture conditions modification. Exp Hematol. 2008;36(8):1014-21.
[29] Krinner A, Zscharnack M, Bader A, Drasdo D, Galle J. Impact of oxygen environment on mesenchymal stem cell expansion and chondrogenic differentiation. Cell Prolif. 2009;42(4):471-84.
[30] Shuvalova NS, Kordium VA. Proliferation of Wharton jelly mesenchymal stem cells, derived by preserving the cells with reduced attachment rate, under various gas conditions. Biopolym Cell. 2015; 31(6):447-54.
[31] Ren H, Cao Y, Zhao Q, Li J, Zhou C, Liao L, Jia M, Zhao Q, Cai H, Han ZC, Yang R, Chen G, Zhao RC. Proliferation and differentiation of bone marrow stromal cells under hypoxic conditions. Biochem Biophys Res Commun. 2006;347(1):12-21.
[32] Fehrer C, Brunauer R, Laschober G, Unterluggauer H, Reitinger S, Kloss F, Gülly C, Gassner R, Lepperdinger G. Reduced oxygen tension attenuates differentiation capacity of human mesenchymal stem cells and prolongs their lifespan. Aging Cell. 2007;6(6):745-57.
[33] Angelucci S, Marchisio M, Di Giuseppe F, Pierdomenico L, Sulpizio M, Eleuterio E, Lanuti P, Sabatino G, Miscia S, Di Ilio C. Proteome analysis of human Wharton's jelly cells during in vitro expansion. Proteome Sci. 2010;8:18.
[34] Loetscher PD, Rossaint J, Rossaint R, Weis J, Fries M, Fahlenkamp A, Ryang YM, Grottke O, Coburn M. Argon: neuroprotection in in vitro models of cerebral ischemia and traumatic brain injury. Crit Care. 2009;13(6):R206.