utsikter till Stamcellskonditionerat Medium i regenerativ medicin

Abstrakt

Bakgrund. Stamcellsderivat konditionerat medium har en lovande utsikter att produceras som läkemedel för regenerativ medicin. Mål. Att undersöka olika metoder för att erhålla stamcellsderivat konditionerat medium (CM) för att få en inblick i deras utsikter att användas i olika sjukdomar. Sätt. Systematisk granskning med nyckelord” stamcell “och” konditionerat medium “eller” sekretom “och” terapi.”Data om behandlade tillstånd/ sjukdomar, typ av cell som odlades, medium och tillskott för att odla cellerna, odlingsförhållanden, CM-bearbetning, tillväxtfaktorer och andra sekret som analyserades, appliceringsmetod och resultat noterades, grupperades, tabellerades och analyserades. Resultat. De flesta av CM med studier visade goda resultat. De olika CM, även när de härleddes från samma typ av celler, producerades emellertid av olika tillstånd, det vill säga från olika passager, odlingsmedium och odlingsförhållanden. Tillväxtfaktorutbytena för de olika typerna av celler var tillgängliga i vissa studier, och cellnumret som behövdes för att producera CM för en applikation kunde beräknas. Slutsats. Olika stamcell härledda konditionerade medier testades på olika sjukdomar och visade mestadels goda resultat. Standardiserade produktionsmetoder och valideringar av deras användning måste emellertid genomföras.

1. Inledning

data om användning av stamceller i olika sjukdomar ackumuleras. Vissa studier rapporterade positiva effekter av stamcellsterapi vid degenerativa sjukdomar såsom hjärtinfarkt och avslöjade att stamceller orsakar vävnadsreparation på grund av deras förmåga att utsöndra trofiska faktorer som utövar gynnsam inverkan på den skadade vävnaden, snarare än deras förmåga att differentiera till de nödvändiga cellerna . Olika studier på stamceller härledda utsöndrade faktorer visade att den utsöndrade faktorn ensam utan själva stamcellen kan orsaka vävnadsreparation under olika förhållanden som involverade vävnad/organskada. De utsöndrade faktorerna kallas sekretom, mikrovesiklar eller exosom och kan hittas i mediet där stamcellerna odlas; sålunda kallas mediet konditionerat medium (CM) .

användningen av sekretom som innehåller CM har flera fördelar jämfört med användningen av stamceller, eftersom CM kan tillverkas, frystorkas, förpackas och transporteras lättare. Dessutom, eftersom det saknar celler; det finns inget behov av att matcha givaren och mottagaren för att undvika avstötningsproblem. Därför har stamcell härledd konditionerat medium en lovande utsikter att produceras som läkemedel för regenerativ medicin.

hittills har ingen klinisk prövning som använde CM för en viss sjukdom rapporterats, förutom två pilotstudier om användning av fett härledd mesenkymal stamcell CM för hårfollikelregenerering och fraktionerad koldioxid resurfacing sårläkning hos människa, vilket visade goda resultat. Användningen av CM för terapi är mycket tilltalande och kan blomstra inom en snar framtid, eftersom studier om användning av CM för olika sjukdomar ackumuleras . Konditionerat medium innehåller olika tillväxtfaktorer och vävnadsregenerativa medel, som utsöndrades av stamcellerna. Det faktum att stamceller utsöndrar olika tillväxtfaktorer visades också av olika proteomiska studier, vilket avslöjade närvaron av olika tillväxtfaktorer och andra cytokiner i CM .

men olika studier rapporterade användningen av olika typer av stamceller och olika metoder för att få CM att bota olika typer av degenerativa sjukdomar i olika djurmodeller. Därför syftade denna systematiska granskning till att undersöka de olika metoderna för att få CM och de olika sjukdomar som behandlades, för att få en inblick i de olika typerna av CM och deras användningsfördelar vid olika sjukdomar.

2. Material och metoder

vi utförde” all text ” – sökningar utan tidsbegränsning den 23 januari 2014 i Pubmed/Medline med hjälp av nyckelord “stamcell” och “konditionerat medium” eller “sekretom” och “terapi”, “all text” – sökningar i Cochrane library (försök) med hjälp av nyckelord “sekretom” eller “konditionerat medium” och “all text” – sökningar i Cochrane library (försök) ClinicalTrials.gov använda nyckelord “stamcell” och “konditionerat medium” eller “sekretom” och ” terapi.”Dessutom har relevanta befintliga artiklar i vårt bibliotek lagts till.

inklusionskriterier är alla studier som använde CM för en viss sjukdom. Exklusionskriterier är studier som inte innehöll fullständiga uppgifter om ämnestillstånd/sjukdomsmodell, källa till CM och resultat av behandling med CM.

datainsamling är som följer: behandlade tillstånd / sjukdomar, typ av cell som odlades, detaljerad sammansättning av medium och kosttillskott som användes för att odla cellerna, odlingstillstånd (hypoxi eller normoxi) för att få CM, cm-bearbetning, tillväxtfaktorer och andra sekret som analyserades; metod (läge) för applicering och resultat av CM-applicering noterades, grupperades och tabellerades.

datasyntes är som följer: data grupperades enligt behandlad sjukdom och celltyper som användes för att producera CM. Vidare, för att känna till tillväxtfaktorutbytena för de olika typerna av celler, när de var tillgängliga, tabellerades tillväxtfaktornivåerna och grupperades enligt typer av celler som gav tillväxtfaktorn innehållande konditionerat medium, i förhållande till antalet celler, typ och varaktighet av odling och bearbetning av det konditionerade mediet. När data var tillgängliga beräknades antalet celler som behövdes för att producera CM för en applikation.

3. Resultat och diskussion

vi fick 39 artiklar som uppfyllde inklusionskriterierna och 7 uteslöts på grund av ofullständiga data. Olika tillstånd / sjukdomar behandlades med olika cell-härledda CM och visade mestadels lovande resultat (tabell 1).

de olika konditionerade medierna, även när de härleddes från samma typ av celler, producerades av olika tillstånd, det vill säga från olika passager, antal celler, odlingsmedium och odlingsförhållanden (Tabell 2). Tillväxtfaktorutbytena för de olika typerna av celler kan ses i tabell 3, och cellnumret som behövs för att producera CM för en applikation kan ses i Tabell 4.

olika studier visade att konditionerat medium har testats i olika typer av sjukdomar/tillstånd (Tabell 1) , det vill säga alopeci, akut och kronisk ischemi i bakbenen , akut och kronisk sårläkning , hjärtinfarkt , akut leverskada/misslyckande , hjärnskada/ischemi/stroke , ryggmärgsskada , lungskada och bendefekt , och visade förbättring av tillstånden. Dessutom visade kronisk njursjukdom som behandlades med human embryonal stamcell härledd mesenkymal stamcell (huESC-MSC) CM minskat systoliskt blodtryck och proteinuri och förbättring av tubulär och glomerulär skada, njurblodflöde och glomerulär filtreringshastighet . Nefropati som behandlades med CM från humant navelsträngsblod obegränsad somatisk stamcell (huUCB-USSC) eller mus benmärg mesenkymal stamcell (mBM-MSC) CM visade emellertid inte förbättring av serumkarbamid och kreatininnivå, histopatologisk skada och fysisk aktivitet poäng . Dessutom visade förebyggande av cancer med användning av human mesenkymal stamcellslinje CM ökad tumörcellsproliferation och vaskularisering .

i de två fallen av njursjukdom kan man dra slutsatsen att CM från hu-ESC-MSC kan förbättra tillståndet, och den nödvändiga tillväxtfaktornivån är förmodligen tillräckligt eftersom CM-bearbetning inkluderar ett 25-tidskoncentrationssteg . För hu-UCB-USSC eller mBM-MSC-CM förhindrar dock brist på data om CM-bearbetning och tillväxtfaktornivå för CM ytterligare analys för att dra slutsatsen om misslyckandet med att förbättra tillståndet beror på bristen på viss tillväxtfaktor eller på grund av nivån på tillväxtfaktorer som var för låg för att ge effekt.

3.1. Odlingsmedium och tillägg

vissa studier använde fetalt bovint serum eller annat tillskott innehållande komplett medium, medan andra studier använde serumfria medier. Dessutom var de använda basmedierna variabla, till exempel aMEM, DMEM, DMEM/F12, M199, EBM2, EGM-2, in vivo 15 eller kemiskt definierat medium, och samma typ av cell kan odlas i olika typer av basmedium (Tabell 2). Odlingsmedium i in vitro-kultur representerar mikromiljö i in vivo-tillstånd och kan bestämma cellens öde och därmed cellsekretion . Därför kan samma typ av celler utsöndra olika nivåer av tillväxtfaktorer när de odlades i olika medium, vilket kan ses i tabell 3 .

3.2. Kulturvaraktighet

produktion av CM varierar i kulturvaraktighet från sexton timmar till fem dagar (tabell 3). Om fullständigt medium användes kan kort odlingsvaraktighet lämna vissa serumderiverade tillväxtfaktorer som inte konsumeras av cellerna och kan lägga till tillväxtfaktornivån eller tvärtom undertrycka tillväxtfaktorsekretion av cellerna. Möjlighet till närvaro av kvarvarande tillväxtfaktor från mediet kan ses i en studie, som visade att medium utan cell innehöll en TGF-b1-nivå av pg/mL (tabell 3) .

3.3. Kulturtillstånd

de flesta studier producerade CM i monolagerkultur, men flera studier använde sfäroidkulturer (tabell 3). Sfäroidkulturer behöver en speciell hantering och utrustning (spinnkolv) men ger fler celler jämfört med konventionella monolagerkulturer och därmed mer utsöndrade faktorer (Tabell 4). Dessutom kan celler belägna i mitten av sfäroiden vara i relativt hypoxiskt tillstånd jämfört med celler på ytan, vilket ytterligare ökar viss tillväxtfaktorutbyte.

3.4. Utsöndrad faktors roll vid förbättring av sjukdomar

olika cytokiner utsöndrades av stamceller i CM, och de spelade en roll i förbättringen av olika sjukdomar/tillstånd. Dessa cytokiner kan grupperas i tillväxtfaktorer, proinflammatoriska och antiinflammatoriska cytokiner och andra cytokiner. Olika studier använde olika metoder för att bedöma olika cytokiner i den konditionerade CM, från de konventionella ELISA-analyserna till proteomiska profileringsmetoder .

3.4.1. Tillväxtfaktorer

vidare rapporterade studier som analyserade olika tillväxtfaktorer närvaron av de olika tillväxtfaktorerna, som utsöndrades av olika stamceller i deras konditionerade medium (tabell 3), med undantag för human MSC (Lonza) som inte utsöndrade FGF-2, PDGFBB, BMP-2 och SDF-1 men utsöndrade IGF-1, VEGF, TGF jacob1 och HGF . Dessutom kan olika odlingsförhållanden och medium ge olika nivåer av tillväxtfaktorsekretioner .

3.4.2. Pro-och antiinflammatoriska cytokiner

3.4.3. Andra Cytokiner

3,5. Översättning av konditionerad Mediumanvändning hos patienter

i konditionerat medium kan olika faktorer vara närvarande som en cocktail och agera i samförstånd för att främja regenerering. Därför är det viktigt att analysera en komplett uppsättning tillväxtfaktor-och cytokinnivåer för alla typer av stamcellsderivat konditionerat medium och att känna till odlingstillståndet, konditionerat medium bearbetning och sjukdomar/tillstånd som är mottagliga för en viss konditionerad medium Behandling. När innehållet i de olika cytokinerna i ett visst konditionerat medium är känt kan resultatet av det konditionerade mediet på en viss sjukdom/tillstånd bestämmas och vägen till översättning till patienter är öppen.

från studier som analyserade VEGF-nivå kan vi dra slutsatsen att de flesta stamceller utsöndrar VEGF. Eftersom VEGF spelar en roll på angiogenes som är viktig vid regenerering av skadade/skadade vävnader/organ, kan olika stamceller härledda konditionerade medier bota olika sjukdomar och kommer att ha större inverkan på sjukdomar med ischemi. Dessutom kan VEGF förhindra apoptos i hypoxiskt tillstånd, vilket förhindrar ytterligare skador .

dessutom är FGF2 en mer potent angiogen faktor jämfört med VEGF, med ytterligare effekt på proliferation av fibroblaster, preadipocyter och endotel -, epiteliala och neurala stamceller, på migration av neurala crest-härledda glial-och myogena celler och på differentiering av neuroepiteliala celler i mogna neuroner och gliaceller .

andra tillväxtfaktorer bidrar till regenerering av skadade/skadade vävnadsorgan, med särskild tonvikt på proliferation, det vill säga PDGF för bindväv, glial och andra celler, EGF för mesenkymala, gliala och epitelceller, och IGF-I och IGF-II för olika typer av celler . Dessutom ökar PlGF som är medlem i VEGF-familjen aktiviteten hos VEGF in vitro och in vivo , kgf hämmar oxidativ stressinducerad epitelcellsdöd , NGF främjar neurit-utväxt och nervcellsöverlevnad , BDNF är neuroprotektiv, främjar cellöverlevnad och minskar astroglial ärrbildning, och vissa tillväxtfaktorer , inklusive HEGF, FGF-7, EGF och HGF främjar leverregenerering .

proinflammatoriska cytokiner som spelar en roll vid regenerering är IL-1B på grund av dess leverskyddande Roll , IL-8 på grund av dess angiogena aktivitet och IL-9 på grund av sårläkningsfrämjande aktivitet . Dessutom förhindrar antiinflammatoriska cytokiner inflammation och främjar leverregenerering .

MCSFR-receptor (MCSFR) främjar myeloid stamfader, mononukleär fagocytoch placenta trofoblasttillväxt och utveckling, och PDGFR kan interagera med olika signalmolekyler eller integrin för att orsaka cellproliferation , motilitet, differentiering eller överlevnad genom apoptoshämning .

Dessutom kan en faktor bidra till mer än ett sätt att regenerera verkan, såsom MCP-1 som är involverad i angiogenes och leverskyddsaktivitet . Vidare, för produktion av CM som ska tillämpas i olika mänskliga sjukdomar, data från djurstudier som visade lovande resultat är mycket värdefulla.

3.5.1. Produktion av CM för översättning till olika mänskliga sjukdomar

för att använda CM för olika mänskliga sjukdomar måste produktionsmetoden för CM standardiseras med avseende på typen och antalet celler som behövdes för att producera CM, odlingsmedium och tillstånd och konditionerat medium bearbetning. Dessutom är volymen och leveranssättet också viktigt. Eftersom olika studier använde olika antal och typ av celler och olika doser av CM är det viktigt att veta antalet celler som gav CM för en applikation, som kan interpoleras för humana studier. Därför sammanfattade vi i Tabell 4 Alla data som kan behövas för interpolering i mänskliga studier, det vill säga sjukdomar som behandlades, djurets art och ålder eller kroppsvikt, typ av cell, odlingsmedium och tillstånd, antal celler för att producera CM för en applikation, volym och Applikationssätt. Dessutom sammanfattas olika möjliga tillämpningar av CM för olika förhållanden i Figur 1.

Figur 1

olika möjliga tillämpningar av CM för olika förhållanden.

för översättning till patienter är det dessutom mycket viktigt att analysera och notera de olika cytokininnehållet i de olika konditionerade medierna. Vidare, för varje konditionerat medium med känt cytokininnehåll, måste validering av dess användning på olika sjukdomar utföras. Slutligen bör möjligheten att främja befintlig cancer testas för varje CM, och försiktighet bör vidtas före CM-behandling för att säkerställa att mottagaren är fri från cancer.

fördelar med produktion av olika CM för patienter ligger i möjligheten till massproduktion av läkemedelsföretag, när produktionsmetoder har standardiserats. Konditionerade medier är inte som stamceller som behöver en god tillverkningspraxis (GMP) som ska tillämpas på patienter . När CM har förpackats ordentligt kan den transporteras lätt som läkemedel och behöver inte kryokonservering, som stamcellerna behöver. Jämfört med stamceller som kan överleva under en ganska lång period måste CM dock ges oftare, eftersom cytokiner och tillväxtfaktorernas halveringstider oftast är kortare , vilket är en nackdel för patienterna men kommer att ge mer vinst till läkemedelsföretag.

4. Slutsats

olika stamcells-härledda konditionerade medier producerades med olika metoder och bearbetning och testades på olika sjukdomar och visade mestadels goda resultat. Standardiserade metoder för olika konditionerade Medieproduktion och valideringar av deras användning på olika sjukdomar måste emellertid genomföras.

intressekonflikt

författaren förklarar att det inte finns någon intressekonflikt när det gäller publiceringen av detta dokument.

bekräftelse

denna studie finansierades av forskningsbidrag från indonesiska ministeriet för utbildning och kultur (Pusnas 2014), Kontrakt nr 2218/H2. R12 / HKP.05.00/2014.