سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از لوزه های تمایز یافته در ماتریژل عملکرد سلول های پاراتیروئید را در موش های صحرایی با پاراتیروئیدکتومی بازیابی می کند.

پیوندهای نویسنده پانل همپوشانی باز یون شین پارک a، هان سو کیم ب، یون می جین a، یونسیل یو آ، ها یئونگ کیم آ، هاه سانگ پارک ب، سونگ-چول جونگ سی، کی-هوان هان د، یون جونگ پارک و، کیونگ ها ریو اف ، اینهو جو آ

بیشتر نشان بده، اطلاعات بیشتر

به مندلی اضافه کنید

خلاصه

سلول های پاراتیروئید هورمون پاراتیروئید (PTH) را آزاد می کنند که هموستاز کلسیم را کنترل می کند. از دست دادن سلول های پاراتیروئید منجر به هیپوپاراتیروئیدیسم و در نتیجه بیماری استخوانی با چرخش کم می شود. در اینجا، بررسی کردیم که آیا سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از لوزه های انسانی (TMSC) که اخیراً تأسیس شده اند، عملکرد سلول های پاراتیروئید را در موش های مبتلا به پاراتیروئیدکتومی (PTX) بازیابی می کنند یا خیر. در مقایسه با TMSC کنترل تمایز نیافته، TMSC تمایز یافته با اکتیوین A و جوجه تیغی صوتی محلول باعث آزادسازی قابل توجهی از PTH در اوایل روز 7 شد، با افزایش انتشار PTH در پاسخ به سطوح پایین کلسیم و بالعکس. PTH آزاد شده باعث افزایش بیان استئوکلسین و رنگ آمیزی آلیزارین رد S در سلول های پیش استئوبلاستیک شد که نشان دهنده فعالیت عملکردی آن است. موش های PTX که با رژیم غذایی بدون کلسیم تغذیه می شدند، تنها به مدت 10 روز زنده ماندند. تزریق زیر جلدی با TMSC به تنهایی میزان بقای آنها را بدون در نظر گرفتن تمایز افزایش نداد. با این حال، نرخ بقا تا 28 روز در پاسخ به TMSC تعبیه شده در Matrigel (TMSC-MA) افزایش یافت، که به ترتیب 40٪ و 80٪ را در کنترل و TMSC-MA متمایز نشان داد. هنگامی که با افزایش مداوم توسط کنترل TMSC-MA مقایسه شد، سطوح پایدار PTH ترشح شده و کلسیم یونیزه سرم در موش های PTX با TMSC-MA متمایز یافت شد. این اولین گزارشی است که TMSC تمایز یافته شبیه سلول های پاراتیروئید است و اگر در Matrigel تعبیه شود، عملکرد پاراتیروئید را در داخل بدن بازیابی می کند.

معرفی

افزایش بروز سرطان تیروئید در ایالات متحده و سایر کشورهای توسعه یافته از جمله کره تبدیل به همه گیر شده است [1]. تیروئیدکتومی غیرعادی نیست و از دست دادن همزمان پاراتیروئید با جراحی اجتناب ناپذیر است. صرف نظر از درمان یا غیرعمدی بودن آن، از دست دادن پاراتیروئید منجر به هیپوپاراتیروئیدیسم و در نتیجه بیماری استخوانی با چرخش کم می شود که هیپوکلسمی مزمن را نشان می دهد [1].

هیپوپاراتیروئیدیسم یک کمبود غدد درون ریز غیر معمول است که با سطح کلسیم سرم پایین ، افزایش سطح فسفر سرم و عدم وجود هورمون پاراتیروئید در گردش (PTH) [2] ، [3]. PTH ، Parathormone یا Parathyrin از سلولهای پاراتیروئید (رئیس) غدد پاراتیروئید به عنوان پلی پپتیدی ترشح می شوند که حاوی 84 اسید آمینه است و به عنوان مهمترین هورمون تنظیم کننده هوموستاز کلسیم در بدن عمل می کند [4]. تنظیم دقیقه به دقیقه کلسیم یونیزه شده سرم (ICA +2) به طور انحصاری از طریق PTH تنظیم می شود. به نوبه خود ، ترشح PTH همچنین توسط سطح کلسیم سرم از طریق گیرنده اختصاصی کلسیم (CASR) بر روی سطح سلولهای پاراتیروئید تنظیم می شود [5].

Teriparatide (Forteo ؛ Eli Lilly & Co. ، Indianapolis ، IN) ، یک قطعه 1-34 N- ترمینال از پپتید PTH (PTH (1-34)) ، اخیراً به منظور جایگزینی PTH ساخته شده است ، و در حال حاضر از نظر تجاری است-در دسترس برای درمان پوکی استخوان [6]. Teriparatide همچنین برای تعیین اینکه آیا این دارو می تواند برای درمان هیپوپاریروئیدیسم استفاده شود ، آزمایش شده است. به عنوان مثال ، کارآزمایی های کنترل شده کوتاه مدت به مدت 10 تا 14 هفته با تزریق یک یا دو بار در روز PTH (1-34) با خیال راحت و به طور مؤثر مدیریت هیپوپاراتیروئیدیسم و هیپوکلسمی [7] ، [8]. علاوه بر این ، درمان طولانی مدت به مدت 3 سال با تزریق زیر جلدی دو بار در روز PTH (1-34) برای حفظ غلظت کلسیم سرم طبیعی با خیال راحت و مؤثر یافت شد. علاوه بر PTH (1-34) ، درمان به مدت 24 ماه با تزریق زیر جلدی دنباله کامل پپتید PTH ، PTH (1-84) ، همچنین منجر به کاهش قابل توجهی در کلسیم و نیاز 1،25-دی هیدروکسی ویتامین D در بیماران مبتلا به بیماران مبتلا به بیماران مبتلا به بیماران مبتلاهیپوپاراتیروئیدیسم بدون تغییر سطح سرم و کلسیم ادرار [9]. اگرچه مطالعات آزمایشی بالینی اخیر شواهدی از اثربخشی درمانی PTH (1-34) و PTH (1-84) نشان داد ، اما کاربردهای آنها هنوز هم نیاز به تحقیقات بیشتر برای غلبه بر محدودیت های مختلف ، مانند نیمه عمر کوتاه (4 دقیقه))PTH [4] و عوارض از جمله اختلال در عملکرد کلیه پس از درمان PTH به مدت 10 هفته [7] ، [8]. بر این اساس ، برای دستیابی به سطح فیزیولوژیکی PTH برای مدت طولانی باید استراتژی های درمانی بهتری برقرار شود و عوارض جانبی احتمالی آنها ، به ویژه در برابر استخوان را به حداقل برساند. در نتیجه ، مطالعات برای فعال کردن تولید PTH طولانی مدت یا روش هایی که امکان انتشار پایدار آن را فراهم می کند ، اخیراً پیشنهاد شده است.

علاوه بر جایگزینی مستقیم PTH ، اتوگرافت سازی بافتهای پاراتیروئید از بیماران برای درمان هیپوپاریروئیدیسم استفاده شده است. در این روش ، بافت های پاراتیروئید آسیب دیده یا جدا شده را می توان به صورت مکانیکی به قطعات کوچک خرد کرد ، در جیب های کوچک وارد کرد و سپس در مناطق عضلانی کاشته شد. با این حال ، این اتوگرافت فقط در صورت تشخیص پاراتیروئید آسیب دیده در دسترس است [10] ، [11]. علاوه بر این ، مشخص شده است که بافت پاراتیروئید پیوند زده احتمالاً عملکرد طبیعی 6-10 هفته پس از کاشت را نشان می دهد ، اما هنوز مشخص نیست که آیا یا چه مدت بافت پیوند در بدن زنده مانده است. علاوه بر این ، بیشتر بافت پاراتیروئید که به صورت خودکار انجام می شود ، از بیماران مبتلا به سرطان تیروئید که قبلاً I 134 پرتودرم درمانی دریافت کرده اند ، بدست می آید. بنابراین ، بافت پاراتیروئید به احتمال زیاد دارای جهش ژن ناشی از پرتودرمانی است. بر این اساس ، اطمینان از عملکرد طبیعی بافت پاراتیروئید کاشته شده پس از کاشت موفق آن دشوار است. با این وجود ، اتوگرافی کردن بافتهای پاراتیروئید دور ریخته شده به همراه استفاده از دوزهای زیاد ویتامین D ترکیبی (1. 25-5 میلی گرم در روز) و کلسیم (1-9 گرم در روز هر 6 ساعت) در حال حاضر بهترین روش درمانی در نظر گرفته شده است [11]بشرهمچنین لازم به ذکر است که بیماران مبتلا به هیپوپاریروئیدیسم که با ترکیبی از کلسیم و ویتامین D تحت درمان قرار می گیرند ، برای مدت زمان قابل توجهی تحت فشار خون قرار می گیرند و منجر به مشکلات کلیوی و سمیت ویتامین می شوند. با توجه به این مشکلات ، یکی دیگر از روشهای درمانی مانند جایگزینی مستقیم پاراتیروئید عملکردی بدون مصرف چندین دوز زیاد ویتامین D و کلسیم پیش بینی می شود.

سلول های بنیادی اخیراً به دلیل پتانسیل استفاده از آنها در مهندسی بافت و کاربردهای بالینی مورد توجه قرار گرفته اند [12]، [13]. سلول های بنیادی به عنوان سلول های پیش ساز خود تجدیدپذیر و چند توان با ظرفیت تمایز به چندین دودمان مجزا تعریف می شوند [14]. قبلاً گزارش شده بود که سلول های بنیادی جنینی انسان (hESC) [15]، [16] و سلول های استرومایی تیموس تمایز یافته [10] می توانند برای بازسازی آزمایشگاهی سلول های شبه پاراتیروئید استفاده شوند. با این حال، آن سلول ها محدودیت های حیاتی برای استفاده بالینی دارند. به طور خاص، مسائل اخلاقی مرتبط با استفاده از hESC وجود دارد، در حالی که جداسازی سلول های استرومایی تیموس نسبتاً تهاجمی است و بیش از 10 هفته طول می کشد تا سلول های استرومایی تیموس تمایز و ترشح PTH را داشته باشند. ما قبلا سلول های بنیادی جدیدی را از بافت های لوزه پالاتین، سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از لوزه (TMSC) جدا کردیم و گزارش دادیم که TMSC پتانسیل تمایز به بافت های اندودرم را دارد که ژن PTH را بیان می کنند [17]. در این مطالعه، ما بیشتر بررسی کردیم که آیا TMSC می تواند برای توسعه سلول های پاراتیروئید عملکردی in vitro و in vivo استفاده شود. نتایج ما برای اولین بار نشان داد که، پس از تمایز برای زمان های بسیار کوتاه تر (7 تا 10 روز)، TMSC PTH را آزاد می کند که به سطوح کلسیم خارج سلولی پاسخ می دهد. علاوه بر این، PTH آزاد شده برای استخوان زایی عملکردی دارد. در نهایت، هنگامی که در سه بعدی با ماتریژل کشت شد، TMSC تمایز یافته تقریباً بهبود کامل میزان بقا و بازیابی سطح سرمی PTH و iCa 2+ را در مدل حیوانی ما نشان داد (یعنی موش های پاراتیروئیدکتومی شده (PTX) با رژیم غذایی بدون کلسیم).

قطعات بخش

جداسازی و کشت TMSC

جداسازی و کشت TMSC همانطور که قبلاً توضیح داده شد [17] انجام شد. به طور خلاصه، در مجموع پنج بیمار کمتر از 10 سال تحت عمل جراحی لوزه (3 پسر و 2 دختر، میانگین سنی 6. 2 سال) به طور تصادفی از بیماران متوالی که بین آوریل 2012 و دسامبر 2012 در بخش گوش و حلق و بینی - جراحی سر و گردن مراجعه کرده بودند، انتخاب شدند. مرکز پزشکی دانشگاه اوها زنان (EWUMC، سئول، کره). رضایت کتبی آگاهانه از سرپرستان قانونی کلیه بیماران اخذ شد

پروتئین PTH بیان می شود و با CHGA در TMSC تمایز یافته کلوکالیزه می شود

ما قبلاً افزایش قابل توجهی در بیان mRNA PTH در TMSC متمایز شده با اکتیوین A و درمان Shh پیدا کردیم [17]. در طول تمایز، ما تغییراتی در مورفولوژی سلول پیدا کردیم. به طور خاص، سلول ها مورفولوژی بسیار صاف و واکوئله ای را قبل از تمایز حفظ کردند، اما مورفولوژی آنها با گره های ریز در روز هفتم منظم تر و درازتر شد، در حالی که گره های ترشحی بزرگ تری شبیه غده پاراتیروئید از روز 7 تا روز 21 مشاهده شد (شکل 1A).

بحث

PTH هورمون اصلی تنظیم کننده هموستاز کلسیم و فسفات است [24]. در این مطالعه، ما دریافتیم که dTMSC پروتئین PTH را بیان و ترشح می کند که توسط سطوح کلسیم خارج سلولی تنظیم می شود. همانطور که در سلول های پاراتیروئید بومی، سطوح پایین کلسیم به طور قابل توجهی ترشح PTH را در dTMSC تنظیم می کند، در حالی که سطح کلسیم بالاتر باعث کاهش آزادسازی PTH می شود. علاوه بر این، پروتئین ترشح شده PTH باعث بیان پروتئین استئوکلسین و کانی سازی در سلول های پیش استئوبلاستیک MC3T3-E1 می شود که نشان می دهد

نتیجه

ما دریافتیم که TMSC متمایز پروتئین PTH را بیان و ترشح می کند که توسط سطوح Ca2+ خارج سلولی تنظیم می شود. علاوه بر این، پروتئین PTH ترشح شده دارای عملکرد در استخوان سازی است. مهمتر از همه، dTMSC-MA تا حد زیادی میزان بقا را بهبود بخشید و سطح PTH را در موش های PTX که با رژیم غذایی بدون کلسیم تغذیه می شدند، بازیابی کرد. این اولین مطالعه ای است که نشان می دهد TMSC می تواند یک منبع جدید و ارزشمند سلول های بنیادی بالغ برای ترمیم عملکرد سلول های پاراتیروئید (شکل 8) و درمان پوکی استخوان در آینده باشد.

مشارکت نویسنده

Y. S. P. آزمایش را طراحی و اجرا کرد، داده ها را تجزیه و تحلیل کرد و دستنوشته را نوشت. H. S. K. آزمایش حیوانی را انجام داد، داده ها را تجزیه و تحلیل کرد و به نوشتن دستنوشته کمک کرد. Y. M. J. و Y. S. Y. آنالیز بیولوژیکی مولکولی انجام داد. H. Y. K. و H. S. P. آزمایش های حیوانی را انجام داد. S-C. ج و ک-ح. ح. داده های بیوشیمیایی و TEM را تجزیه و تحلیل کرد. Y. J. P. و ک-ح. ر. داده ها را تجزیه و تحلیل کرد و به نوشتن دستنوشته کمک کرد. I. J. آزمایش ها را طراحی و تجزیه و تحلیل کرد و دستنوشته را نوشت. نویسندگان

قدردانی ها

این مطالعه تا حدی توسط برنامه تحقیقات علوم پایه از طریق بنیاد ملی تحقیقات کره (NRF) با بودجه وزارت علوم، فناوری اطلاعات و ارتباطات و برنامه ریزی آینده (NRF-2012M3A9C6049728 و NRF-2013R1A1A3007591) و توسط کمک مالی کره پشتیبانی شد. پروژه تحقیق و توسعه فناوری بهداشت از طریق مؤسسه توسعه صنعت بهداشت کره (KHIDI) که توسط وزارت بهداشت و رفاه، جمهوری کره تامین می شود (شماره کمک مالی: HI14C-1557-020014). علاوه بر این، این کار تا حدی مورد حمایت قرار گرفت