Per citar aquest document: http://ddd.uab.cat/record/127127
Crosstalk between umbilical cord wharton's jellyderived- mesenchymal stem cells and human skin fibroblasts: implications in wound healing, fibrosis, anti-aging and burns.
Arno Clua, Ana Isabel
Armengol Carrasco, Manuel, dir. (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Cirurgia)
Barret Nerín, Juan Pedro, dir. (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Cirurgia)
Jeschke, Marc G., dir.
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Cirurgia

Publicació: [Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2014
Descripció: 1 recurs electrònic (196 p.)
Resum: INTRODUCCIÓ: Les cèl. lules mare mesenquimals (MSCs) han esdevingut una prometedora teràpia emergent de medicina regenerativa per a guarir ferides, tractar la fibrosi i ajudar en el rejoveniment cutani o "anti-aging". La senyalització paracrina és considerada un dels principals mecanismes responsables de l'acció de les MSCs. Les cèl. lules mare mesenquimals derivades de la gelatina de Wharton del cordó umbilical (WJ-MSCs) representen una font especialment eficient i avantatjosa de MSCs. Tanmateix, però, no hi ha publicacions prèvies sobre els efectes de les WJ-MSCs humanes en fibroblastos humans de pell cicatricial tipus queloide, pell cremada o pell normal. L'objectiu d'aquest estudi és investigar l'efecte de les WJ-MSCs en els diferents tipus de fibroblastos cutanis humans abans esmentats i, esbrinar-ne el mecanisme d'acció, a través de diferents sistemes de cultiu (mitjà de cultiu condicionat amb WJ-MSC, cultius amb dispositius "pouet" o "transwell inserts" i co-cultius cel. lulars directes). A més a més, també es pretén caracteritzar les respostes dels fibroblasts a nivell d'expressió gènica. Per una altra banda, aquest estudi examinarà l'aplicació translacional in vivo de la senyalització paracrina de les WJ-MSC en un model animal murí de curació de ferides. MATERIALS I MÈTODES: Es van obtenir cordons umbilicals humans i mostres de pell humana i, WJ-MSCs i fibroblastos humans cutanis de cicatrius queloïdees, de pell cremada i de pell normal van ésser aïllats i cultivats. Tres tipus de sistemes de co-cultiu es van avaluar per tal d'analitzar els efectes de la senyalització paracrina i de contacte cel. lular directe de les WJ-MSCs. També es va investigar un model translacional preclínic de ratolí de curació de ferides. RESULTATS: Els productes de la transcripció de l'inhibidor de l'activador del plasminogen-I (PAI-I), el factor induït per la hipòxia -1-α (HIF-1-α) i el factor de creixement transformador- β2 (TGF-β2) van augmentar en els fibroblastos de queloides cultivats amb el mitjà de cultiu condicionat per WJ-MSC (WJ-MSC-CM) i co-cultivats amb un sistema de pouets o "transwell inserts"; es va observar una expressió gènica incrementada del factor de creixement dels fibroblasts-2 (FGF-2) i del factor de creixement vascular endothelial (VEGF), així com expressió disminuïda de TGF-β3, en el grup tractat amb WJ-MSC-CM (p ≤ 0. 05 and p ≤ 0. 01). En aquest darrer sistema de cultiu, l'expressió proteica de la IL-6 i la IL-8 va resultar incrementada (p ≤ 0. 05). En canvi, en co-cultivar fibroblasts de queloides directament amb WJ-MSCs, es van observar resultats oposats. Els fibroblasts de queloides tractats amb WJ-MSC-CM van mostrar uns índex més elevats de proliferació que els fibroblasts de queloides del grup control, sense canvis en l'apoptosi ni en l'habilitat migratòria. En els estudis amb fibroblasts de pell cremada, el WJ-MSC-CM no va tenir efectes en l'expressió gènica dels fibroblasts i, per tant, l'expressió dels productes de transcripció dels gens TGF-β2, PAI-1, HIF-1-α i VEGF no va resultar modificada quan els fibroblastos de pell cremada es van cultivar amb WJ-MSC-CM. Quan es van co-cultivar a través d'un pouet o "transwell insert" (senyalització paracrina bidireccional), els nivells del mRNA de PAI-1 van augmentar (p ≤ 0. 05). Per una altra banda, l'aplicació directa de WJ-MSCs sobre els fibroblasts de pell cremada va fer disminuir en TGF-β1 i el CTGF (factor de creixement del teixit connectiu) ) (p ≤ 0. 01) i, va reduir el senyal dels altres productes gènics prèviament esmentats que no van experimentar variacions significatives. El WJ-MSC-CM va estimular la proliferació i migració dels fibroblasts de pell cremada humana i, el tancament de ferides in vitro (p ≤ 0. 05 and p ≤ 0. 001, respectivament). Respecte els fibroblasts de pell normal humana tractada amb WJ-MSC-CM, l'expressió de gens promotors de la re-epitelització (TGF-β2), neovascularització/"anti-aging" (HIF-1-α) i fibroproliferació (PAI-1) va augmentar (p ≤ 0. 05). Malgrat que altres productes de la transcripció relacionats amb la curació de ferides i "anti-aging" no es van modificar significativament, sí van presentar una tendència creixent (FGF-2, CTGF, VEGF, collagen I, collagen III i SIRT-1). El WJ-MSC-CM va estimular la proliferació dels fibroblasts de pell normal humana (p ≤ 0. 001) i la migració (p ≤ 0. 05) in vitro i, va accelerar la curació de ferides in vivo en un model murí de pell excisional d'espessor total. DISCUSSIÓ I CONCLUSIONS: Les WJ-MSCs podrien tenir un comportament paradoxal en el maneig de les cicatrius queloïdees. Sota les condicions de cultiu d'aquest estudi, l'aplicació indirecta de les WJ-MSCs en fibroblasts de pell queloïdea (via mitjà condicionat o "transwell inserts") va promoure el seu fenotip pro-fibròtic, mentre que la interacció cèl. lula-cèl. lula amb contacte directe va produir efectes oposats. La senyalització paracrina de les WJ-MSCs humanes podria promoure la fibrosi i un fenotip queloide, mentre que les WJ-MSCs per si mateixes podrien servir per a tractar les cicatrius queloides. Les WJ-MSCs humanes sembla que promouen la reparació de les ferides post-cremada a través de la senyalització paracrina, però l'efecte directe del contacte cel. lular de les WJ-MSCs amb els fibroblasts de pell cremada humana podria disminuir-ne la fibroproliferació i evitar així la cicatrització excessiva després d'una cremada. El secretom de les WJ-MSCs podria produir un fenotip "anti-aging" o de rejoveniment cutani. Sota les condicions experimentals i de cultiu d'aquest estudi, les WJ-MSCs van estimular la curació de ferides de pell humana normal in vitro i, in vivo, en un model murí a través de la senyalització paracrina. Tot plegat, aquests resultats suggereixen que les WJ-MSCs humanes són prometedores i mereixen interès científic, ja que podrien esdevenir una nova tecnologia a ésser avaluada en més estudis pre-clínics i assaigs clinics per tal de promoure la curació de ferides en general i en els cremats, amb possibles aplicacions també en els àmbits del rejoveniment cutani/"anti-aging" i en el tractament de la fibrosi. Si el descrit caràcter immunoprivilegiat i segur de les WJ-MSCs en els primers models experimentals i clínics continuen comprovant-se científicament, les WJ-MSCs podrien representar una tecnologia factible, universal i "a la carta" per tal de promoure la curació de ferides i millorar la supervivència dels pacients, així com la seva qualitat de vida.
Resum: INTRODUCTION: Mesenchymal stem cells (MSCs) have emerged as a promising wound healing, anti-fibrotic and anti-aging regenerative medicine therapy. Paracrine signalling is considered one of the main underlying mechanisms of MSC action. Umbilical cord Wharton's Jelly derived-mesenchymal stem cells (WJ-MSCs) arise as a particularly efficient and advantageous mesenchymal stem cell source. However, to date there are no reports regarding the effects of human WJ-MSCs either on human keloid, burned or normal skin fibroblasts. This study aims to investigate the effect of WJ-MSCs on the different aforementioned types of human skin fibroblasts and determine the mechanism of action, through varied culture conditions (WJ-MSC conditioned media, transwell cultures and direct co-cultures) and characterizing fibroblast responses at the genetic expression level. Moreover, this study will examine the translational in vivo application of WJ-MSC paracrine signalling in a mouse normal wound healing model. MATERIALS AND METHODS: Human umbilical cords and skin samples were obtained, and WJ-MSCs and human keloid, burned and normal skin fibroblasts were isolated and cultured. Three types of co-culture systems were investigated to analyze WJ-MSC paracrine and direct cell-cell contact signalling effects. An in vivo preclinical translational mouse wound healing model was investigated. RESULTS: Plasminogen activator inhibitor- I (PAI-1), hypoxia inducible factor-1-α (HIF-1-α) and transforming growth factor- β2 (TGF-β2) transcripts were upregulated in keloid fibroblasts cultured with WJ-MSC-conditioned medium (WJ-MSC-CM) and co-cultured with an insert transwell system, while showing lower TGF-β3 gene expression and higher fibroblast growth factor-2 (FGF-2) and vascular endothelial growth factor (VEGF) in the WJ-MSC-CM-treated group (p ≤ 0. 05 and p ≤ 0. 01). In this latter culture system, IL-6 and IL-8 protein expression was also enhanced (p ≤ 0. 05). Opposite results were shown in keloid fibroblasts co-cultured directly with WJ-MSCs. The WJ-MSC-CM-treated keloid fibroblasts showed higher proliferation rates than their control keloid fibroblasts with no change in apoptosis rate or migration ability. In the burned skin fibroblast studies, WJ-MSC-CM had no effect on fibroblast genetic expression and therefore no modification in the transcript expression of TGF-β2, PAI-1, HIF-1-α, and VEGF was found, when culturing burned fibroblasts with WJ-MSC-CM. When co-culturing them through an insert (two-way paracrine signalling), PAI-1 mRNA levels were upregulated (p ≤ 0. 05). On the contrary, the direct application of WJ-MSCs in burned fibroblasts downregulated TGF-β1 and CTGF (Connective Tissue Growth Factor) (p ≤ 0. 01), and lowered the signal of the other unaltered aforementioned gene transcripts. WJ-MSC-CM enhanced human burned skin fibroblast proliferation, migration and wound closure in vitro (p ≤ 0. 05 and p ≤ 0. 001, respectively). As for human WJ-MSC-CM-treated normal skin fibroblasts, expression of re-epithelialization (TGF-β2), neovascularization/anti-aging (HIF-1-α) and fibroproliferation (PAI-1) promoting genes was enhanced (p ≤ 0. 05). Other wound healing and anti-aging-related transcripts were not significantly affected, although they also showed an upregulated trend (FGF-2, CTGF, VEGF, collagen I, collagen III and SIRT-1). WJ-MSC-CM enhanced normal skin fibroblast proliferation (p ≤ 0. 001) and migration (p ≤ 0. 05) in vitro, and accelerated wound healing in vivo in a full-thickness excisional murine model. DISCUSSION AND CONCLUSIONS: WJ-MSCs may play a paradoxical role in keloid management. Under our culture conditions, the indirect application of WJ-MSCs on keloid fibroblasts (via conditioned-media or transwell inserts) enhanced their pro-fibrotic phenotype, while the direct cell-cell contact interaction resulted in opposite effects. Human WJ-MSC paracrine signalling may enhance fibrosis and keloid phenotype, while WJ-MSCs might directly help to treat keloid scars. Human WJ-MSCs may appear to promote burn wound repair by paracrine signalling, but the direct cell-cell contact effect of WJ-MSCs on human burned skin fibroblasts may downregulate fibroproliferation and avoid burn excessive scarring. The WJ-MSC secretome might elicit an anti-aging phenotype. Under our culture and experimental conditions, WJ-MSCs enhanced normal skin wound healing in vitro as well as in an in vivo mouse model through paracrine signalling. Together, these results suggest that human WJ-MSCs hold promise and might become a new technology for further preclinical and clinical studies to enhance burn and wound healing in general, with anti-aging and anti-fibrotic potential applications as well. If the reported immunoprivileged character and safety of WJ-MSCs in experimental and first clinical models is further scientifically proven, WJ-MSCs might represent a feasible, universal and off-the shelf technology to enhance wound healing to improve patient survival and quality of life.
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Cirurgia, 2014
Drets: ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
Llengua: Anglès.
Document: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis ; publishedVersion
Matèria: Stem cells ; Skin ; Umbilical
ISBN: 9788449043437

Adreça alternativa: http://hdl.handle.net/10803/145405


196 p, 3.1 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2014-12-14, darrera modificació el 2016-06-04



   Favorit i Compartir