اثر سلول‌هاي بنيادي خونساز انساني بر تمايز سلول‌هاي بنيادي مزانشيمي به سلول‌هاي استيوبلاست

Effect of human hematopoietic stem cells on differentiation of mesenchymal stem cells to osteoblast cells

چكيده سابقه و هدف ارتباط سلول‌هاي بنيادي خونساز(HSCs) با سلول‌هاي موجود در ريز محيط مغز استخوان(نيچ) به ويژه سلول‌هاي استيوبلاست، جهت حفظ فعاليت‌هاي آن‌ها بسيار ضروري مي‌باشد. البته مداركي كه به صورت مستقيـم HSC ها را در توسعه نيچ دخيل كنند، اندك هستند ولي در صورت اثبات، روشن مي‌شود كه چرا نقص‌هاي هماتوپويتيك بسياري با تغيير در ساختار استخواني همراه بوده و لذا اهداف درماني هماتوپويتيك و اهداف درماني جديدي را براي تنظيم ساختار و تشكيل استخوان فراهم مي‌آورند. مواد و روش‌ها در يك مطالعه تجربي، سلول‌هاي بنيادي مزانشيمال(MSC) مغز استخوان را در محيط Stem Span به مدت 3 روز تحت همكشتي با HSCهاي خون بند ناف قرار داديم. سپس MSCها با استفاده از كيت استيوژنزيس به استيوبلاست تمايز داده شدند و در روزهاي مختلف تمايزي مورد ارزيابي قرار گرفتند كه شامل بيان ژن‌هاي استيوپونتين و استيوكلسين در روزهاي 4 و 6 تمايزي(RT-PCR)، بيان ماركر CD90 (فلوسيتومتري)، بيان آنزيم آلكالين فسفاتاز(رنگ‌آميزي آلكالين فسفاتاز) و مينراليزه شدن(رنگ‌آميزي آليزارين رد) در روز دهم تمايزي بود. يافته‌ها نتايج، بيان زود هنگام ژن‌هاي استيوپونتين و استيوكلسين را در همكشتي MSCبا HSC نمايان ساخت. اين يافته‌ها از نقشHSC ها در القاي تمايز استيوبلاستي MSCها حمايت مي‌نمايند. هم چنين كاهش بيان CD90 و افزايش فعاليت آلكالين فسفاتاز و مينراليزاسيون سلولي، اين نتايج را تاييد نمودند. نتيجه گيري نتايج اين تحقيق در ارتباط با سلول‌هاي بنيادي انساني در ex vivo ، اثبات نمود كه HSCها قادرند سبب افزايش تمايز MSCها به استيوبلاست شده و بدين وسيله در تشكيل نيچ خود سهيم باشند.

Abstract Background and Objectives The correlation between hematopoietic stem cells (HSCs) and the cells comprising the niche especially osteoblast cells is critical for maintaining stem cell activities. Yet little evidence supports the concept that HSCs regulate development of the niche. If true, it may explain why many hematopoietic defects are accompanied by changes in the osseous architecture and provide new therapeutic targets for regulating bone formation. Materials and Methods In this exprimental study, we cocultured bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) with umbilical cord blood HSCs in stem span media for 3 days. Then MSCs were differentiated to osteoblast cells by using osteogenesis kit. Evaluation of osteogenic differentiation of MSCs in different days came out to be: expression of osteopontin and osteocalsin (RT-PCR on days 4 and 6), expression of CD90 (flow cytometry on day 6), expression of alkaline phosphatase enzyme (alkaline phosphatase staining) and mineralization of MSCs (alizarin red staining on day 10). Results Our results showed early expression of osteopontin and osteocalsin in HSCs coculture with MSCs. These findings support the role of HSCs in induction of osteoblastic differentiation of MSCs. Decrease in the expression of CD90, higher activation in cell alkaline phosphatase enzyme, and mineralization confirmed the results. Conclusions In the field of human stem cells, our ex vivo findings demonstrated that HSCs can enhance differentiation of MSCs toward osteoblast cells thereby participating in formation of their niche.