Ingeniería de tejidos musculoesqueléticos con cordón umbilical humanocélulas estromales mesenquimales

Limin Wang1 , *, Lindsey Ott2 , *, Kiran Seshareddy3 , Mark L Weiss3 , y Michael SDetamore2 , †1 Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Michigan, Ann Arbor , Michigan , MI 48109 ,EE.UU.2 Programa de Bioingeniería de la Universidad de Kansas, Lawrence , KS 66045 , EE.UU.Departamento de Anatomía y Fisiología de la Universidad Estatal de Kansas , Manhattan, KS 66506 , EE.UU. 3

ResumenCélulas estromales mesenquimales multipotentes (MSC) tienen una gran promesa para la ingeniería de tejidosy la medicina regenerativa, pero con tantas fuentes de MSC, ¿cuáles son los criterios principales paraseleccionar candidatos principales? Idealmente, las células serán multipotentes, barato, sitio donante faltamorbilidad, materiales donantes debe estar fácilmente disponible en grandes cantidades, inmunocompatibles,políticamente benigna y ampliable in vitro durante varios pasajes. MSC de médula ósea no cumplentodos estos criterios y tampoco lo hacen las células madre embrionarias. Sin embargo, una nueva fuente de células es prometedoremergente en la ingeniería de tejidos que parece cumplir estos criterios: MSC deriva de Wharton dejalea de las MSC del cordón umbilical. Expuestos a condiciones adecuadas, las MSC del cordón umbilical puedendiferenciarse in vitro a lo largo de varios linajes celulares tales como la de condrocitos, osteoblastos, adipocitos,miocitos, neuronales, pancreáticas o hepatocitos linajes. En modelos animales, las MSC del cordón umbilicalhan demostrado en la capacidad de diferenciación vivo e inmunocompatibilidad prometedora con el anfitriónórganos / tejidos, incluso en los xenotrasplantes. En este artículo, nos dirigimos a sus características celulares,capacidad de diferenciación multipotentes y el potencial de la ingeniería de tejidos, con énfasis eningeniería de tejidos músculo-esquelético.

Palabras clave

la diferenciación ; musculoesquelético ; medicina regenerativa ; estroma del cordón umbilicalUna fuente de células ideal para la ingeniería de tejidos debe satisfacer requisitos, incluyendo la facilidad deel acceso , el número de células suficiente y inmunocompatibilidad . Células autólogas maduras tienencomúnmente ha utilizado en estudios previos , debido a las ventajas de ser yadiferenciada y inmunocompatibles . En contraste a madurar células autólogas , embrionarioLas células madre (CES) son una importante área de interés para la investigación contemporánea , y ofrecen importantespotencial para tratar o incluso curar una plétora de enfermedades [1,2]. Pueden diferenciarse en todos celulartipos del cuerpo, incluyendo las células germinales [3-5]. Por el contrario, mesenquimales de médula ósealas células del estroma (BMSC) tienen un potencial de diferenciación más limitada. La capacidad de auto-renovación

de los CES también permite un número teóricamente ilimitado de células no diferenciadas para serproducido para aplicaciones de ingeniería de tejidos. Sin embargo, los CES sufren de una serie derestricciones incluyendo las preocupaciones éticas, la limitada disponibilidad, el potencial para la formación de teratomasen el trasplante y el rechazo inmune [6]. Las células madre pluripotentes inducidas son unaalternativa a la CES, y se han generado a partir de muchos tipos de células, incluyendo células decordones umbilicales [7]. Aunque el uso de específica del paciente indujo células madre pluripotentes sesuperar el obstáculo rechazo inmune [8-11], una gran cantidad de trabajo permanece antes de que éstoslas células se pueden desarrollar en una terapia segura en humans.Keywordsla diferenciación; musculoesquelético; medicina regenerativa; estroma del cordón umbilicalUna fuente de células ideal para la ingeniería de tejidos debe satisfacer requisitos, incluyendo la facilidad deel acceso, el número de células suficiente y inmunocompatibilidad. Células autólogas maduras tienencomúnmente ha utilizado en estudios previos, debido a las ventajas de ser yadiferenciada y inmunocompatibles. En contraste a madurar células autólogas, embrionarioLas células madre (CES) son una importante área de interés para la investigación contemporánea, y ofrecen importantes

BMSCs adultas son las células más ampliamente investigado estromales mesenquimales (MSC) paraaplicaciones de ingeniería de tejidos y se consideran la fuente de células 'estándar de oro' eningeniería de tejidos músculo-esquelético. BMSCs tienen la capacidad de diferenciarse in vitro e inVivo en los tejidos conectivos, tales como tejidos de cartílago, huesos y tejido adiposo. La ventaja principalde la utilización de BMSCs es proporcionar una fuente de células autólogas para los ingenieros de tejidos para evitarpotencial rechazo inmune. Autólogos y alogénicos BMSCs también exhibencapacidades inmunosupresores [12-14]. BMSCs son relativamente fáciles de acceder, y tienencapacidad de auto-renovación limitada. Los primeros estudios de ingeniería de tejidos para el tratamiento de defectos óseos en estudios clínicos utilizados BMSCs humanos (CMMO) [15,16]. En un ensayo clínico de 7 años [15,16], esteintegración de implantes en hueso huésped se mantuvo y no hay más fracturas eranobservado, lo que demuestra la viabilidad de un enfoque de la ingeniería de tejidos en el hueso humanola regeneración con la durabilidad a largo plazo. Sin embargo, existen algunas limitaciones a laaplicaciones de BMSCs, incluyendo el bajo número de CMMO en la médula ósea, su proliferacióncapacidad y el hecho de que su potencial de diferenciación disminuye significativamente con la edad [17].Por otra parte, el procedimiento de recolección invasiva puede dar lugar a complicaciones y morbilidad [18].Hay un número de otras fuentes de MSCs que están ganando popularidad en la literatura.Sin embargo , en aras de la brevedad, nos referimos a los lectores a críticas excepcionales en derivados de adiposoLas células madre ( ADSC ) [ 19-21 ] y las células madre de la pulpa dental [ 22-24 ].Células estromales mesenquimales umbilical humana cordónGran importancia se ha dado a la identificación de otras fuentes de células que pueden serutilizado para la ingeniería de tejidos y medicina regenerativa [ 25-27 ] . Hasta la fecha , con excepción deBMSCs , las MSC se han identificado en una variedad de tejidos , tales como tejido adiposo , sangre,líquido sinovial, dermis , músculo, pulpa dental y los cordones umbilicales , y se pueden diferenciara lo largo de varios linajes mesenquimales [ 21,24,28-33 ] . Sin embargo, no son significativas

diferencias en sus capacidades de proliferación y diferenciación , y en los procedimientos de recolecciónEntre estos MSCs [ 34 ] . Con el descubrimiento de nuevas fuentes de MSC , una definición estándar dese necesitan estas células. La Sociedad Internacional de Terapia Celular

de Terapia Celular propone que las células debencumplir con tres criterios para ser clasificado como MSC [35]. Los criterios son:• Sea adherente plástico• Expresar CD105 , CD73 y CD90 marcadores de superficie celular y no expresanmarcadores de células madre hematopoyéticas• Ser capaz de osteoblastos , adipocitos y la diferenciación de condrocitos in vitroEn los últimos años , la gelatina de Wharton de cordones umbilicales humanos se ha descubierto como unafuente de MSCs [ 36 ] . Células estromales mesenquimales de cordón umbilical humano ( hUCMSCs ) son unapoblación de células estromales multipotentes que son adherentes de plástico , comparte MSC marcadores de superficietales como CD73 , CD90 y CD105 , y son células no hematopoyéticas [ 37 ] . nomenclatura deestas células varía entre los investigadores , y nombres utilizados para las células derivadas de la Wharton dejalea incluyen células madre umbilicales matriz espinal [ 33,38 ], las células del estroma del cordón umbilical humano[36] , las células de Wharton Jelly [37] , las células madre del cordón umbilical [39] , las células del estroma del cordón umbilical[ 40 ] , [41] UCMSCs , derivadas de tejido las células del cordón umbilical [ 42 ] y varios otroscombinaciones. Nomenclatura de la célula también puede ser específico para el sitio de aislamiento dentro de la Wharton deJelly , por ejemplo células umbilicales humanos perivasculares espinal ( hUCPVCs ) [ 43,44 ] . como estoslas células se caracterizan además , un sistema de nomenclatura estándar para estas células puede desarrollar .Aunque la nomenclatura de estas células varía entre los investigadores , las células aisladas deGelatina de Wharton se conocen como UCMSCs después.

Antes del siglo 21, la investigación del cordón umbilical se centró en la estructura de cordones umbilicalesy la caracterización de las células del estroma y la matriz extracelular, que se remonta ya en el1940 [45,46]. En 1994, sólo dos publicaciones abordan el tema de cordón umbilical yMSC (incluyendo derivados de la sangre), y ese número aumentó a 349 publicaciones en 2009[47]. Tras el reconocimiento de su capacidad de diferenciación neuronal, demostrado a principios dela década actual [48], se ha informado de que hUCMSCs pueden diferenciar a lo largo de varioslinajes de células en todas las tres capas germinales incluyendo condrogénica, osteogénica, adipogénica,miogénico, páncreas, neurogénica y hepatógena [36,38,48-50]. Adicionalmente, hUCMSCsno parecen formar teratomas cuando se trasplantan [51]. En el trasplante in vivo de estas célulasse ha demostrado para prevenir el deterioro progresivo con lesión cerebral y rescatarel ojo de la enfermedad de la retina en un modelo de roedores [52,53]. Recientes estudios de ingeniería de tejidoscon hUCMSCs se han centrado en la ingeniería de tejido cardiovascular [49,54-58] yla ingeniería de tejidos musculoesquelético [59-61]. En este artículo, hemos hecho hincapié en ladiferenciación mesenquimal de hUCMSCs y su potencial para el tejido musculoesqueléticoingeniería. Biología celular y trasplante opiniones de hUCMSCs se pueden encontrar en detalleen la literatura en otra parte [37,39,40]

Caracterización celular

Aislamiento y el crecimiento de la célulaEl cordón umbilical humano incluye una vena, dos arterias y una conectivo circundantetejido conocido como gelatina de Wharton, por el profundo para el amnios (Figura 1). Para másreferencias información fisiológica sobre el cordón umbilical, consulte citados [62,63]. Lostejido conectivo puede ser dividida en tres zonas: subamniotic, y intervascularesestroma perivascular [36]. Varios métodos han sido utilizados para liberar las células de latejido del cordón umbilical. Digestión enzimática de la tripsina y / o colagenasa ha sido recientementeutilizado para extraer hUCMSCs con el aislamiento rápido y alto rendimiento [33,36,64,65]. Moretti et al.proporcionado un diagrama de la cartografía de los métodos de aislamiento muchos, incluyendo medidas como la eliminación devasos sanguíneos, digestión enzimática o cultivo de explantes [47]. Los protocolos pueden ser modificados paradirigirse a las células la gelatina de Wharton o zonas específicas dentro de la estroma. Por ejemplo, Fong et al.modificado su protocolo para obtener una población de células gelatina de Wharton utilizando una específicaproceso de digestión enzimática [51,66]. Actualmente no existe un procedimiento operativo estándar paraaislamiento de hUCMSCs desde el cordón umbilical. Como resultado, los métodos de aislamiento pueden diferir ensu capacidad para liberar las MSCs de su nicho, difieren en el número de células que se encuentran enaislamiento inicial o enriquecer tipos de una o más células que se encuentran en la población MSC mixto. Por lo tanto,poblaciones de células que están aislados pueden variar de grupo a grupo.

Células estromales mesenquimales de cordón umbilical humano se asemejan a los fibroblastos en su morfología(Figura 1 ) y se han definido como miofibroblastos en base a su expresión positiva devimentina , desmina y / o α - actina de músculo liso en tejido nativo o con cultivaron in vitrocélulas [ 48,67,68 ] . Como una fuente de células extraembrionario , hUCMSCs tienen una tasa de proliferación rápidacon un tiempo de duplicación más corto que las células madre adultas [37]. hUCMSCs también mantener suexpansión y diferenciación multipotentes propiedades más largas in vitro , en comparación con hMSCs

[69]. Después de la recolección de células, hUCMSCs han sido passaged durante siete veces para lograr una

Aumento de 300 veces en el número de células, mientras que se mantuvo el potencial de diferenciación [36].

Sin embargo, la calidad de las células puede ser afectada por la longitud de tiempo de cultivo y de células

densidad de siembra [70]. La tasa de proliferación rápida, acompañado por la amplia disponibilidad de

cordones umbilicales, es altamente deseable para la ingeniería de tejidos, ya que es posible obtener una gran

número de células en un corto tiempo.

Fenotipo de la célula

Células estromales mesenquimales de cordón umbilical humano representan una población de células adherentes con

un fenotipo no hematopoyético y nonendothelial (CD34 negativo) y comparten un conjunto similar

de marcadores de superficie con MSCs adultos, incluyendo CD10 [33], CD13 [33,38,71,72], CD29

[33,65,71,72], CD44 [33,36,38,65,71,72], CD49e [33], CD51 [65], CD73 / SH3

[36,38,65,71], CD90 (Thy-1) [33,38,72], CD105 / SH2 [33,36,38,65,71], CD106 [71], CD117

[38,48], CD166 [38,71,72] y HLA-1 / HLA-ABC [33,71,72], y son negativos para

marcadores hematopoyéticos (por ejemplo, CD14, CD31, CD34, CD38, CD45 y HLA-DR)

[33,36,38,48,49,54,65,71-76]. Además de los marcadores de superficie MSC, factores de transcripción tales como

, Se han reportado y Nanog Sox-2 octubre-4 de existir en las células del cordón umbilical porcina, aunque a

bajos niveles de transcripción [75]. Estudios recientes revelaron que hUCMSCs también expresaron estos

tres marcadores [77,78] y otros marcadores pluripotentes incluyendo Rex-1, SSEA-3, SSEA-4,

Tra-1-60 y Tra-1-81 [77]. Más importante, estos marcadores de células madre pluripotentes eran

conservarse durante al menos nueve pasajes durante la subcultura [77]. La presencia de estos pluripotentes

marcadores también se observó en transcriptoma de perfiles de hUCMSCs utilizando DNA microarrays

[79]. Es importante señalar que los marcadores pluripotentes (POUF1, NANOG, y SOX2

Lin28), en este estudio y en otros estudios, se expresaron en niveles bajos, generalmente órdenes de

magnitud menor que los CES. Por otra parte, no hay ninguna demostración de que estos transcripción

factores funcionan de MSC. La presencia de una baja expresión de genes nivel de pluripotentes

factores de transcripción es insuficiente para demostrar la pluripotencia [80]. Sin embargo, si un grupo

sería capaz de demostrar con la inyección de blastocistos de una línea celular clonal que el

distribución de las MSC dentro de los tres tipos celulares, incluyendo la línea germinal, se observa, que

proporcionaría una mayor argumento para la pluripotencia. Hasta tal demostración es

hecho, la conclusión más adecuada en esta etapa sería que UCMSCs más probable son

células no pluripotentes.

Para una tabla completa de todos los marcadores de células, véase la revisión por Moretti et al. [47]. Con respecto a

'Stemness' de UCMSCs, UCMSCs no han demostrado ser las células madre por el estricto

definición (injertarse de forma permanente y auto-renovarse y producir progenie diferenciada).

Sin embargo, el reciente trabajo de Méndez-Ferrer et al., En el ratón, indica que el progreso es

que se realizan para identificar mejor el populaton células madre dentro de MSC [81]. Queda por ser

por ver si los identificadores para las MSC se encuentran en médula ósea de ratón se pueden encontrar en otro

regiones u otras especies en las que se han derivado de células-MSC similares.

Las poblaciones de células de diferentes zonas

UCMSCs Humanos representan una población celular heterogénea. Por lo tanto, podría ser importante

aislar células de cada zona y caracterizarlos para entender mejor sus respectivas

propiedades. hUCPVCs han aislado a través de una delicada digestión enzimática del estroma

que rodea los vasos [44]. Estas células han demostrado un fenotipo de superficie y multipotencia

similar a BMSCs y hUCMSCs [64,82], incluyendo CD44, CD73, CD90, CD105 y HLAABC.

Sin embargo, CD146, un antígeno de superficie ampliamente expresado en las células endoteliales, era

expresado en una tasa más alta de 52% con hUCPVCs en comparación con CMMO (15%) [82]. Solamente

un grupo ha aislado las células de la zona subamniotic debido a la dificultad de aislar

estas células del tejido circundante [83]. En situ caracterización indica que la célula

número en el área subamniotic fue de menos de 10% de la población de todo el cordón

y las células tenían una tinción más fuerte de α-actina de músculo liso y pancytokeratin [36]. Después

el aislamiento, las células subamniotic expresaron células madre (SSEA-4, octubre-4 y Nanog) y MSC

marcadores (CD73 y CD105), y fueron capaces de adipogénica, osteogénica y condrogénica

diferenciación [83]. Sin embargo, se requieren más datos para caracterizar esta subpoblación.

La diferenciación y la ingeniería de tejidos

UCMSCs Humanos pueden tener la capacidad de diferenciarse a lo largo de varios linajes celulares de

mesodérmico o origen ectodérmico (Figura 1) [36,38,48,49,84,85]. Además, la reciente

estudios informaron que hUCMSCs fueron capaces de diferenciar tanto in vivo como in vitro en

células hepatocitos como y precursores de los islotes pancreáticos de origen endodérmico [38,50]. Expuesto

a un medio de cultivo hepatógena, hUCMSCs expresó marcadores hepáticos, incluyendo albúmina,

α-fetoproteína, citoqueratina-19, conexina-32 y la dipeptidil peptidasa IV [38]. Este estudio

proporcionado las bases para la aplicación de hUCMSCs para la regeneración del hígado. Trabajo de

Chao et al. sugirió que UCMSCs se pueden diferenciar en los precursores de los islotes pancreáticos,

producir insulina humana y responder a un desafío de la glucosa por hasta 12 semanas en un

Tipo xenotrasplantes modelo de diabetes mellitus I [50]. En las siguientes secciones, nos centramos

específicamente en la diferenciación mesenquimal de hUCMSCs para la aplicación de

ingeniería de tejidos músculo-esquelético.

Diferenciación condrogénica y la ingeniería de tejidos de cartílago

El cartílago, que desempeña un papel crítico en cojinete y distribución de la carga, tiene selfregeneration limitado

capacidades después de la lesión. En comparación con los métodos clínicos actuales, tales como

microfractura, prótesis artificial y la implantación basada en células, la ingeniería de tejidos pueden ser una

método ideal para restaurar completamente la función del cartílago [86]. Desdiferenciación celular de madura

condrocitos monocapa durante la expansión hace que sea difícil obtener suficientes células para el tejido

ingeniería [87]. Por lo tanto, la aplicación de las MSC en la ingeniería de tejidos es prometedor principalmente

debido a su auto-renovación y capacidad de diferenciación. Diferenciación condrogénica de MSCs

puede ser desencadenada por las isoformas de TGF-β (TGF-β1, β2 y β3) y ser mejorada por la

adición de dexametasona [88-90]. IGF-I, un agente anabólico importante, sigue siendo

controversial con su papel en la diferenciación condrogénica [90-92]. Sin embargo, un estudio reciente

informado de que IGF-I y TGF-β tenía capacidad inducción de la condrogénesis de igualdad con MSCs después de la

la eliminación de la insulina a partir de ácido insulina-transferrina-selenioso Premix (sustituto de suero 1X

Premix), un sustituto de suero fetal bovino en chondrogenic medio libre de suero [92]. En

Además, hemos demostrado que el cambio de un medio condrogénica con TGF-β a un anabólico

medio con IGF-I no sólo aumentó significativamente la producción de colágeno en relación con

restante en el medio condrogénica, pero también aumentó significativamente la expresión del gen

y la síntesis de colágeno II [93].

Al igual que otros MSCs, hUCMSCs son capaces de diferenciarse a lo largo de un linaje condrogénico bajo

la estimulación de TGF-betaS en sedimentos de células en 3D y ácidos (PGA) andamios poliglicólico

[36,60,65,82,94]. En un estudio más reciente, la capacidad condrogénica de hUCMSCs era

iniciada en el ARNm por la regulación al alza de SOX-9, un gen regulador clave para

condrogénesis [41]. En el nivel de proteína extracelular, la evidencia de condrogénica

diferenciación fue apoyada por la tinción con azul Alcian para glicosaminoglicanos (GAGs)

[65,82], y la tinción inmunohistoquímica para colágeno tipo II [36,65]. Sin embargo, el

estudios de diferenciación condrogénicas de hUCMSCs han tenido resultados inconsistentes [36,65]. En un

estudio de Wang et al., las células no tratadas en el grupo control (sin TGF-β1) también demostraron

tinción positiva para GAGs y colágeno de tipo II [65]. Por el contrario, no colágeno de tipo II era

observado con el grupo de control en un estudio realizado por Karahuseyinoglu et al. [36], aunque sólo una

rastro de colágeno de tipo II se detectó con CMMO, en contraste con la formación de

abundante colágeno de tipo II en los estudios anteriores hBMSC [95,96]. Colágeno tipo I fue también

identificados en este estudio en ambos CMMO y hUCMSCs. Sin embargo, los gránulos más grandes eran

observado en el grupo hUCMSC con una matriz extracelular mejor filamentoso que CMMO

[36,82]. Por otra parte, la cuantificación GAG reveló que las células perivasculares, una

subpoblación de hUCMSCs, produjo una cantidad de GAG comparables a CMMO después del 21

día, aunque los grupos perivasculares tuvieron menos GAGs que los grupos hBMSC durante la primera

semana. Por lo tanto, la mejor capacidad de diferenciación en comparación con CMMO y la

coexistencia de tipo I y II de colágeno en ambos sedimentos celulares y la cultura basada en biomateriales

indican que hUCMSCs pueden ser considerados como una fuente de MSC para el tejido de fibrocartílago

aplicaciones de ingeniería como para el temporomandibular (ATM) del disco, disco intervertebral

y el menisco de la rodilla.

El primer estudio de cuerpo entero de hUCMSCs para la ingeniería de tejidos músculo-esquelético era un

comparación de hUCMSCs a las células del cartílago condilar la ATM in vitro para la regeneración de la ATM

[60]. Ambos tipos de células se cultivaron en andamios PGA durante un período de 4 semanas. Los

construcciones hUCMSC forman un tejido-fibrocartílago como similar al cartílago nativo ATM

y superado a la ATM células del cartílago del cóndilo con mayor celularidad y la biosíntesis de

colágeno y GAG. Sobre la base de la disponibilidad limitada de las células ATM en relación con cordón umbilical

células y la biosíntesis superior hUCMSCs, hUCMSCs se sugirieron como prometedora

alternativa a madurar las células del cartílago del cóndilo de la ingeniería de tejidos de la ATM. En un 3D

comparación de hUCMSCs y CMMO para la ingeniería de tejido cartilaginoso, hUCMSCs también

síntesis extracelular superiores demostrado matriz con más GAGs y colágeno que

CMMO, mientras CMMO parecían seguir avanzando a lo largo de los linajes con condrogénicas

mayor de colágeno tipo II, tanto a nivel de expresión de genes y proteínas [97]. Este nuevo estudio

apoyado la idoneidad de hUCMSCs de fibrocartílago ingeniería de tejidos para los tejidos tales

como cartílagos de la ATM y el disco intervertebral. Después del establecimiento de hUCMSCs para

la ingeniería de tejidos fibrocartílago, los efectos de las densidades de siembra de células sobre la proliferación celular,

diferenciación y síntesis de matriz se exploraron [59]. hUCMSCs fueron sembradas en la PGA

andamios en tres densidades: 5 (baja), 25 (medio) o 50 (alto) millones de células / ml de andamio.

Después de un periodo de cultivo de 4 semanas, los grupos de alta y media densidad poseían significativamente

el número de células más altas y contenido de la matriz extracelular por constructo y por célula que la

grupo de menor densidad. Más importante aún, los constructos en los grupos de alta y media densidad

mantenido su integridad mecánica, lo cual fue confirmado por la compresión no confinada

la prueba. Por lo tanto, una densidad de siembra de más de 25 millones de células / ml se recomienda para

los estudios de ingeniería de tejidos fibrocartílago futuros relacionados. En resumen, la formación de

tejido fibrocartílago que con la coexistencia de tipo I y colágeno II y aggrecan

indica que hUCMSCs diferencian a lo largo de un linaje fibrocartílago y pueden ser una excelente

candidato fuente de células para la regeneración de fibrocartílago. A condrogénica más modificado

medio ambiente, quizás incluyendo la investigación de factores tales como la química bioactivo

señales (por ejemplo, factores de crecimiento y aggrecan), la tensión de oxígeno, co-cultivo, mecánica

estimulación y / o en la regulación in vivo, se necesitarán para mejorar la condrogénesis aplicar

hUCMSCs en la ingeniería de tejidos de cartílago hialino.

La diferenciación osteogénica y ingeniería de tejido óseo

A diferencia del cartílago, el hueso es un tejido vascularizado con un auto-curación y remodelación innata

capacidad [98]. Aunque defectos óseos pueden ser tratados por los injertos óseos autólogos, la corriente

estándar de oro, este método está limitado por la morbilidad del sitio donante, malformación y la infección

[99]. Por otra parte, no existe un tratamiento satisfactorio para algunas lesiones óseas graves [100]. Como un

enfoque de la ingeniería de tejidos, BMSCs puede incorporarse en biomateriales para directa

la implantación, con o sin cultivo antes in vitro en medios osteogénico. Un osteogénico típica

medio incluye las señales de osteogénica de dexametasona y / o BMP-2, además de β-

glicerofosfato y ácido ascórbico para ayudar en la síntesis de matriz. La exposición de BMSCs a esta

medio antes de la implantación permite la entrega de células osteogénicas más maduras a los defectos,

acelerando así la regeneración en el hueso vivo [100].

Inducción osteogénica de hUCMSCs en monocapa 2D se ha logrado mediante el tratamiento

con dexametasona y β-glicerofosfato [36,64,65,71,72,82]. Durante el curso de

diferenciación osteogénica, Runx2, un gen maestro de la osteogénesis, y su transcripción

coactivador para la expresión de osteocalcina, TAZ, se activaron [41], osteocalcina y

genes osteopontina fueron hasta reguladas [41,65,71], fosfatasa alcalina positiva (ALP)

Se observó actividad [64,65,82], la inmunotinción específica del hueso de osteonectina,

osteocalcina y el hueso se visualizó sialoproteína-2 [36], y la mineralización se verificó por

von Kossa tinción y tinción con rojo de alizarina [36,64,65,71,72,82]. Como CMMO,

mineralización se observó con hUCMSCs después de 2 semanas [36,65,71,72] y sideby- similares

Se observó la expresión génica lado durante este período [71]. Sin embargo, parecía que

hUCMSCs tenía menos mineralización con nódulos óseos más grandes que CMMO como lo demuestra

rojo de alizarina y von Kossa tinción [36,71]. Del mismo modo, después de la exposición a dihidroxivitamina

D3 durante 6 semanas, hUCMSCs exhibió osteogénesis débil, con pocas células ALP-positivos o

poca mineralización [70]. Expuestos a medio osteogénico, las células perivasculares diferenciados

más rápido a lo largo del linaje osteogénico con la formación de nódulos óseos después de sólo 4-5 días

[64]. En una comparación directa de hUCMSCs y hUCPVCs, los tipos de células fueron fenotípicamente

similar, excepto para la expresión CD146 (37,9% de las células perivasculares, 16,2% en hUCMSCs)

[101]. Después de la exposición al medio osteogénico, la tinción de von Kossa positiva fue ligeramente

más fuerte en las células perivasculares que en hUCMSCs. Será interesante evaluar, además, un

subpoblación excluyendo hUCPVCs de hUCMSCs, que puede aclarar cómo hUCPVCs

contribuido a la actividad osteogénica de hUCMSCs. En la diferenciación inducida por BMP-2,

hUCMSCs tenía expresión similar de fenotipos osteogénicas y transducción de señales

vías en comparación con CMMO [102]. La diferenciación de hUCMSCs podría ser

desencadenada por materiales osteoinductores. Las células cultivadas en el cemento de fosfato de calcio eran

se muestra a proliferar y someterse a la diferenciación osteogénica [103]. Cuando eran hUCMSCs

cultivaron durante 7 días en monocapa con un medio que contiene matriz ósea desmineralizada

[104], su proliferación se inhibió, su morfología parecía acortarse y aplanado,

y la actividad ALP aumentó significativamente. Estos fenómenos indican que hUCMSCs puede

diferenciar lo largo del linaje osteogénico [104], mientras que será necesario cultivo a largo plazo a

verificar la presencia de marcadores osteogénicos etapa tardía.

En la cultura monocapa, hUCMSCs demostró capacidad de diferenciación osteogénica después

exposición a señales químicas y biomateriales osteoinductores. En biomateriales 3D, hUCMSCs

demostrado su diferenciación osteogénica, tales como la regulación al alza de Runx2 y

osteonectina y evidencia de mineralización [61105106], mientras CMMO tuvieron mayor

actividad osteogénica con 4,1 veces más contenido mineral de hUCMSCs cuando las células eran

andamios cultivadas en policaprolactona-tricálcico-fosfato [105]. hUCMSCs son capaces

de diferenciación osteogénica in vitro cuando se sembró en policaprolactona-colágeno

andamios nanofibras de hidroxiapatita [107], y cuando encapsulado en microesferas de alginato

[108], inyectable de calcio-fosfato de hidrogel de alginato de pasta de [109] y rápido reabsorbible

calcio cemento óseo de fosfato [103]. En un par de estudios de ingeniería de tejidos óseos,

densidades de siembra hUCMSC fueron comparados en los andamios de la PGA, y el efecto de la conmutación

a partir de medio osteogénico (dexametasona y vitamina D3) a medio anabólico (IGF-I) con

poli (ácido L-láctico) andamios se investigó. Se descubrió que con estos no tejida

mallas se prefiere una densidad de siembra de 25 millones de células / ml o más y que el cambio a

medio anabólico en las condiciones prescritas no era beneficioso [106,110]. En vivo

diferenciación osteogénica ha sido examinado en un modelo de ratón. La implantación subcutánea

de hUCMSCs demostró la formación de hueso ectópico por tinción de von Kossa en 2 meses y

micro-CT y la osteogénesis inferior del hUCMSCs comparación con CMMO [105]. En otro

estudio, material de andamiaje óseo biomimético porosa, nano-hidroxiapatita-colágeno-poli (Llactic

ácido) compuesto, se sembró con hUCMSCs y luego implantado en ratones desnudos

por vía subcutánea. Los osteoblastos fueron detectados por microscopía electrónica de transmisión después de 12

semana [61]. Sin embargo, no había ninguna técnica adicional que se utiliza para investigar si estas células

eran células de ratón de acogida o hUCMSCs diferenciadas.

Nuestro grupo ha evaluado hUCMSCs en la ingeniería de tejidos osteocondral, donde

condrogénesis y osteogénesis fueron promovidos a nivel regional dentro de una construcción dada. Uno

aproximación sembrado hUCMSCs en poli (ácido L-láctico) andamios, ya sea con o condrogénica

medio osteogénico durante 3 semanas [111]. Estas construcciones se suturan juntos, con o

sin una capa delgada de hUCMSCs indiferenciadas en el medio. Aunque la diferenciación era

limitado, el hallazgo principal fue que la inclusión de hUCMSCs en este enfoque "sándwich"

notablemente mejorado la integración de las dos construcciones, evidenciado por la histología. En

otro enfoque, se construyeron andamiajes basados en microesferas para liberar TGF-β de una

lado de un andamio cilíndrica y BMP-2 desde el otro lado, con un gradual y continuo

transición en la liberación de un lado al otro [112]. Mientras que la diferenciación fue de nuevo

limitada, y no había evidencia de deposición de calcio en todo el andamio, que era

alentador ver tinción safranina-O regionalizado en el lado de TGF-β de la construcción,

lo que demuestra que la condrogénesis regionalizado puede ser posible en un osteocondral

enfoque. Aunque estos dos estudios han proporcionado dos enfoques alternativos para la

inclusión de hUCMSCs en la ingeniería de tejidos osteocondral, la alta prioridad en esta etapa es

para evaluar el rendimiento in vivo de hUCMSCs en la ingeniería de tejidos osteocondral. Si

hUCMSCs son capaces de responder a las señales inductivas de los tejidos circundantes nativas en

defectos osteocondrales, pueden mantener una promesa significativa en la regeneración de un sistema integrado

tejido osteocondral.

En resumen, hUCMSCs pueden compartir una vía de diferenciación osteogénica similar a

CMMO, a saber, la activación del gen Runx2 y TAZ y la regulación al alza de

osteocalcina y osteopontina, lo que lleva a la mineralización. Sin embargo, la capacidad osteogénica

de hUCMSCs parece inferior a CMMO basados en estrategias empleadas hasta la fecha. Será

valiosa para hacer una comparación lado a lado entre hUCMSCs, hUCPVCs y CMMO.

El éxito de in vivo ingeniería de tejido óseo está prometiendo a través del ratón subcutánea

modelos y otros injertos segmento en un modelo animal más grande será necesario evaluar la

funcionalidad de injerto cuando se expone a las señales mecánicas y químicas fisiológicas.

Comparaciones de lado a lado de BMSCs y UCMSCs para ingeniería de tejido óseo y cartílago

En 2009, CMMO y hUCMSCs se pasaron, sembradas en los andamios de la PGA y culta

en medio condrogénica, todas las condiciones bajo virtualmente idénticos [97]. Las principales conclusiones

fueron que los hUCMSCs eran muy superiores en términos de la cantidad de colágeno producido (por

construyen y en una base por célula), aunque eran inferiores en términos de gen del colágeno II

expresión y síntesis. Los siguientes años, CMMO y hUCMSCs fueron de nuevo

en comparación bajo condiciones virtualmente idénticas, se siembran en el gradiente a base de microesferas

andamios descritos en la sección anterior [112]. En esta aplicación osteocondral, la

hUCMSCs fueron superiores en términos de la síntesis de colágeno y la actividad de la ALP, pero eran inferiores

en términos de Sox9 y la expresión génica Runx2.

En conjunto, estos estudios nos dijeron que en las condiciones prescritas en vitro, hUCMSCs

fueron inferiores en términos de su capacidad de diferenciación, pero tenía una capacidad mucho mayor para

formación de tejido. Sin embargo, hay que señalar que estos hallazgos se aplican a un conjunto específico de en

condiciones in vitro, y que si hUCMSCs son de hecho capaces de responder favorablemente a inductiva

señales en vivo, hUCMSCs pueden tener el potencial para la regeneración osteocondral superior en

términos de la tasa y la calidad de la regeneración de tejidos.

Diferenciación miogénica y la ingeniería de tejidos muscular

El músculo esquelético proporciona un control motor voluntario. La enfermedad y la atrofia muscular puede

dañar permanentemente el músculo, y una categoría de enfermedad muscular es progresiva

distrofia muscular. Con ningún tratamiento eficaz para la distrofia muscular progresiva, tallo

la terapia celular y la ingeniería de tejidos potencialmente podrían ser opciones de tratamiento. Hasta la fecha, tiene

sido una investigación limitada de UCMSCs diferenciación en miocitos esqueléticos. Corriente

técnicas para la diferenciación miogénica de UCMSCs son la exposición al medio miogénico

[113], transfección de genes [114], co-cultivo [114], y la inyección en heridas o distrófica en

modelos in vivo [113115]. Después de la exposición al medio miogénico que contiene 5-azacitidina, un

agente de desmetilación del ADN genómico, Myf5 y MyoD se expresaron después de 7 a 11 días [113].

UCMSCs también fueron inyectadas en un músculo lesionado, y la diferenciación del músculo esquelético fue

observado por inmunofluorescencia de HLA-1 y antígenos tropomiosina sarcoméricos [113].

UCMSCs han sido transfectadas con factor de transcripción MyoD. Después de 5 días, las células

marcadores funcionales expuestas de maquinaria de fusión, proteínas estructurales musculares específicos de células

y enzimas específicos de células musculares [114]. Por último, un modelo murino distrófica se utilizó para

evaluar la exposición sistémica a hUCMSCs, y la capacidad de las células para injertar en el dañado

muscular [115]. Mientras hUCMSCs pudieron llegar al músculo, que poseían un menor

grado de diferenciación de ADSC humanos, ya analizada por disferlina y humandystrophin

expresión. Los autores plantearon la hipótesis de que la diferencia entre el nicho

hUCMSCs y ADSC humanos pueden haber sido la razón de la diferencia en in vivo

diferenciación. Se necesita más investigación para determinar la mejor técnica para la diferenciación

estas células, y si la diferenciación in vivo es posible.

Diferenciación adiposa y la ingeniería de tejidos

Tradicional trasplante autólogo de tejido graso sufre de la pérdida de volumen de injerto con

tiempo [116]. Cuando se aplica la ingeniería de tejidos para la regeneración del tejido adiposo, el uso de

adipocitos maduros está limitada por la inferior en la capacidad de proliferación y expansión in vitro de

estas células, y las células madre se han propuesto como sustitutos células [117]. Como CMMO,

diferenciación adiposo de hUCMSCs ha sido inducida en cultivo monocapa por

dexametasona, insulina, indometacina y isobutylmethylxan-tuyo, y ha sido verificado

por depósitos lipoides que fueron detectados por Oil Red O tinción [36,65,71-72,82]. Adipogénica

diferenciación también se ha observado en hUCPVCs [64,82]; sin embargo, estiramiento inducida cíclica

TGF-β1 / Smad señalización expresión inhibida de marcadores adipocito [118]. Siguiente

diferenciación adipogénica, genes relacionados de tejido adiposo, tales como el proliferador de peroxisoma activados-

receptor-γ2 [65], la lipoproteína lipasa [71] y del plasminógeno inhibidor-1 [36] activador, eran

detectado en hUCMSCs por transcripción inversa-PCR. En comparación con CMMO, hUCMSCs

tomó un período más largo para lograr la diferenciación adiposo (40 vs 21 días, respectivamente) [36]. LA

observación similar se hizo entre MSCs fetales y adultos MSCs. Además, CMMO

formado gotas de lípidos más homogéneos y tenía una morfología más redonda que la

hUCMSCs [36]. Sin embargo, en un estudio de 2 semanas por Lu et al., No hay diferencia significativa fue

encontrado en el porcentaje de células positivas adipogénicos entre hUCMSCs y CMMO (69,4

vs 57,3%, respectivamente) [71]. Después de la exposición a largo plazo al medio adipogénica, el 90% de

hUCMSCs diferencian hacia el linaje adipogénico y formaron adipocitos maduros

[119]. Por lo tanto, la capacidad de diferenciación adiposo de hUCMSCs los convierte en una prometedora

fuente de células para la medicina regenerativa, a pesar del hecho de que todavía no se han utilizado hUCMSCs

para la ingeniería de tejido adiposo.

Indiferenciado hUCMSCs y la ingeniería de tejidos cardiovasculares

Opiniones concretas relativas a la aplicación de hUCMSCs en el tejido cardiovascular

ingeniería han aparecido [120,121], por lo que se proporciona una breve descripción. hUCMSCs eran

utilizado para la ingeniería de tejidos cardiovascular antes de la identificación de multipotentes

diferenciación [49], y han demostrado ser una fuente de células adecuada para este

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Regen Med. Autor manuscrito; disponible en PMC 2011 1 de noviembre.

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aplicación [54-58]. En la cultura monocapa, hUCMSCs indiferenciadas expresan positivo

tinción de actina de músculo liso α-vimentina y con la deposición de tipo I y III

colágeno después de 2 semanas en un medio de cultivo que contiene Eagle modificado de Dulbecco única

medio y suero bovino fetal al 10%. Después de la exposición al medio de cultivo, los hUCMSCs

eran fenotípicamente similar a las células nativas de valvas de la válvula del corazón [49]. Esta similitud

siempre que la justificación del uso de estas células para la regeneración cardiovascular [49]. La cultura

de hUCMSCs en 3D PGA / poli-4-hidroxibutirato [49,54,56-58] o poli-4-hidroxibutirato

[55] andamios producen un tejido con capas de colágeno tipo I y III, GAG, elastina y una

rigidez mecánica similar al tejido cardiovascular nativo. Estos tejidos ingeniería

construcciones se endotelizado, bajo presión cíclica y el factor de crecimiento de perfusión, con humana

células progenitoras endoteliales en la sangre del cordón umbilical (CU-EPC) para proporcionar un funcional

capa endotelial [57]. Por lo tanto, el enfoque utilizando hUCMSCs para el tejido cardiovascular

ingeniería es atractivo, ya que UC-EPCs también se puede obtener en el nacimiento junto con

hUCMSCs. Esto por sí solo no va a resolver el problema del rechazo de tejidos. Sin embargo, si la

cordón umbilical se recoge de los niños que tienen un defecto cardiaco congénito, a continuación, UC-EPC

y UCMSCs pueden ser usados para construir construcciones bilaminares autólogas.

Discusión

En esta revisión, hUCMSCs se introdujeron como alternativa a los CES y BMSCs, con clara

ventajas sobre cada uno (Tabla 1). hUCMSCs son no controversial, en contraste con los CES. En

términos de disponibilidad y eficiencia de cosecha, hUCMSCs ofrecen una gran ventaja sobre

CES, ya que hay un suministro interminable de cordones umbilicales con 4,1 millones de nacimientos en los EE.UU.

solo en 2005 [122]. La amplia oferta de las cuerdas y la criopreservación de UCMSCs

permitirá que las células que se reservarán para uso futuro como un autólogo o alogénico (con el tejido

mecanografía) fuente de células. Prácticamente hablando, hUCMSCs son mucho más fáciles y menos costosos de

la cosecha y la cultura de los CES. El estroma del cordón umbilical puede ser digerida por la tripsina, de tipo I

y la colagenasa II, y hialuronidasa en 4 h [33,36,64,65]. Entre estas enzimas, tipo II

colagenasa se ha demostrado ser el más fuerte y más eficiente con todos hUCMSCs

publicado [36], mientras que el cóctel de colágeno de tipo I y hialuronidasa [33] puede liberar solamente

una parte de las células del estroma, lo que podría aislar un tipo de célula diferente. También debe ser

observado que los hUCPVCs reportados por Sarugaser et al. representado una subpoblación con gran

capacidad intrínseca osteogénico [64], aunque comparten la mayoría de los marcadores de superficie con

hUCMSCs, y debe ser distinguido de toda la población de hUCMSCs cuando

comparando hUCMSCs a otros tipos de células madre.

En cuanto a su capacidad de diferenciación, hUCMSCs diferencian a lo largo de los linajes mesenquimales y

tal vez a través de límites de capas germinales, que se traduce en un amplio potencial para curar una

gama de enfermedades tales como la diabetes y la enfermedad de Parkinson. Actualmente, la mayoría de la

Se llevaron a cabo esfuerzos de diferenciación in vitro en cultivo en monocapa, que es diferente de

la arquitectura 3D y microambiente de los andamios y los tejidos nativos. Las diferencias

entre los entornos 2D y 3D es seguro que afectará celular migración, proliferación y

diferenciación. Por ejemplo, Zhang et al. informado de que hUCMSCs tenía ligeramente mejor

potencial proliferativo y osteogénico que CMMO adultos en cultivo monocapa 2D;

Sin embargo, cuando estas células se cultivaron en 3D andamios tanto cultura en in vitro e in vivo

la implantación, los CMMO adultos superaron el hUCMSCs [105]. Otra característica de la

literatura contemporánea es que todos los estudios de diferenciación evaluaron proteína extracelular

marcadores bioquímicamente, y sólo examinaron varios genes de un linaje específico en el ARNm

nivel. Un examen de la expresión génica durante el transcurso de la diferenciación puede revelar

tanto la expresión de genes asociados con el compromiso de linaje inicial en el momento temprano

puntos y, más tarde, la expresión de genes asociados con la célula completamente diferenciada [5].

Estos productos de células, lo que indica una célula totalmente diferenciada, son de vital importancia para

producir las propiedades biomecánicas y fisiológicas necesarias en muchas ingeniería de tejidos

Wang et al. Página 10

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aplicaciones. Por ejemplo, un par de estudios utiliza osteopontina como un marcador de diferenciación para

confirmar la diferenciación osteogénica, aunque osteopontina no es un marcador específico para huesos, también

se expresa en otros tejidos tales como el riñón y la placenta [65,71]. Sobre la base de la corriente

limitaciones con los datos de expresión de genes, parece que hUCMSCs comparten una activación de genes en

los compromisos iniciales similares a otros MSC. Por ejemplo, la SOX9, Runx2 y PPAR?

los genes juegan un papel clave en condrogénica, osteogénica y diferenciación adipogénica,

respectivamente, y todos estos genes fueron upregulated después de la exposición a las señales de diferenciación

en la etapa más temprana de la diferenciación y su expresión continuó aumentando con el tiempo. En

la última etapa, el colágeno tipo II más baja en los niveles de ARNm y proteínas con

condrogénesis en hUCMSCs relativos a CMMO, junto con la mineralización inferior

con osteogénesis, y no hay presencia de adipocitos maduros con adipogénesis, indican que

hUCMSCs pueden seguir una vía de diferenciación diferente de otros MSCs o requerir una

curso de tiempo más largo para llegar a fenotipos maduros. Estos rompecabezas se pueden aclarar aún más por

comparación lado a lado con otros MSC utilizando microarrays de ADNc y reversa

análisis de PCR de transcripción.

Además de la capacidad de diferenciación, la capacidad de auto-renovación es la otra clave

característica de las células del estroma. La capacidad de auto-renovación de las células del estroma no sólo juega un

papel clave en la homeostasis del tejido in vivo, sino que también tiene implicaciones particulares para los tejidos

la ingeniería, lo que requiere una gran cantidad de células indiferenciadas para defectos grandes. hUCMSCs,

como MSC feto derivados, tienen una mejor capacidad in vitro de expansión sin la pérdida de

capacidad de diferenciación de las células madre adultas, tal vez debido a sus telómeros más largos [105]. Los

marcadores fenotípicos originales de hUCMSCs fueron positivos a lo largo de un período de nueve pasaje,

incluyendo marcadores MSC superficie (por ejemplo, CD73, CD90 y CD105) y factores de transcripción

(Por ejemplo, Nanog, Oct-4 y Sox2), y la capacidad de diferenciación no mostró significativa

diferencias entre estos pasajes [77]. Por lo tanto, gran actividad auto-reposición de

hUCMSCs y su amplia disponibilidad hacen que sea posible obtener un número tremendo

de las células en un corto tiempo (órdenes de magnitud mayor que BMSCs) para satisfacer la urgente necesidad de

aplicaciones de ingeniería de tejidos.

Con respecto a su inmunocompatibilidad, hUCMSCs suprimen la proliferación de activado

esplenocitos y células T parecen ser inmunosupresor como otros MSC y más

inmunocompatibles que los CES [43,123-127]. En la caracterización inmune vitro de

hUCMSCs reveló que las propiedades de inmunosupresión pueden ser dilucidados por pruebas

de la literatura [123]. En primer lugar, hUCMSCs suprimir la proliferación de las células inmunes, tales como

Rata esplenocitos Con-A-estimulado, células mononucleares de sangre periférica humanos y purificada T

las células. En segundo lugar, hUCMSCs sintetizan HLA-G6, una isoforma inmunosupresora de antígenos de leucocitos humanos;

mientras hUCMSCs no expresan HLA-G5, una isoforma crítico para el inmunosupresor

función de CMMO adultos [128]. En tercer lugar, las moléculas coestimuladoras relacionadas con la respuesta inmune

incluyendo CD40, CD80 y CD86 no se detectan en hUCMSCs. Finalmente, hUCMSCs

producir IL-6, que está implicado con MSC regulación inmune [129]. Los resultados in vitro

apoyar el hallazgo anterior de que hUCMSCs se pueden tolerar en modelos animales

[33,42,43,64,123,130]. En un estudio alogénico por Cho et al., La inmunogenicidad de

UCMSCs sólo se observó después de la inyección repetida de MHC-coincidentes desactivada

UCMSCs porcino en la misma región inflamada [42]. En los estudios de xenotrasplantes,

UCMSCs sobrevivió sin respuesta inmune y se muestra un fenómeno de rescate en la retina

y la enfermedad de Parkinson [53130]. Por otra parte, hUCMSCs también se pueden utilizar como un autólogo

Fuente de MSC, que puede ser congelado criogénicamente, y por lo tanto es posible evitar

inmunorrechazo. Incluso si las pruebas de inmunogenicidad se descubre después de la diferenciación

[131], hUCMSCs alogénicas sería una opción viable con la disponibilidad de células del cordón

bancos, como el tejido tipificación rutinaria (HLA / MHC juego) con una enorme selección de donantes

sería sencillo y que por lo tanto reducir cualquier potencial de inmunogenicidad, junto con

inmunosupresores, como se hace para los pacientes de trasplante (pero sin esperar indefinidamente paraun donante). Con todas estas características, creemos que hUCMSCs será un adecuado,

fuente de células atractivo y potencialmente preferida para la ingeniería de tejidos. Aunque hUCMSCs

poseer un número de ventajas sobre otras fuentes de células, existen limitaciones que justifican

una mayor investigación. La mayor limitación a la fecha es la relativa escasez de caracterización

datos relativos a la corriente estándar de oro, BMSCs. Por ejemplo, los métodos para diferenciar

BMSCs se establecen y bien documentado, mientras que sólo hemos empezado a rascar la

superficie con respecto a la identificación de las estrategias de señalización adaptadas a hUCMSC

diferenciación. Aunque hay pruebas de que hUCMSCs proliferan más rápido, se puede pases

más y sintetizar matriz a una tasa mayor, la limitación clave es que la literatura actual

Actualmente no es capaz de proporcionar convincente y acordada evidencia de que puede hUCMSCs

coincida con la capacidad de diferenciación de BMSC en un 3D in vitro o in vivo ambiente. Los

carga estará en el creciente número de investigadores de unirse al campo de la biología hUCMSC

y la ingeniería de tejidos para identificar el conjunto de condiciones específicas para hUCMSCs que señalarán

la diferenciación a lo largo de los linajes deseados en un entorno 3D.

En el camino a la aplicación de hUCMSCs en la ingeniería de tejidos, un número de otras preocupaciones

aún no se han abordado, incluyendo células biomaterial interacción superficial, cultivo celular

medio ambiente y seguridad. Las estrategias de ingeniería de tejidos requieren hUCMSCs a adherirse

de manera eficiente a los biomateriales. De hecho, de alta eficiencia de siembra con hUCMSCs, junto con

proliferación rápida, puede reducir la cantidad de cuerdas y el coste de los reactivos de cultivo

de manera significativa. Estrategias de ingeniería tisular también requieren un ambiente de cultivo óptimo que

puede mantener el crecimiento celular, potencial de diferenciación, fenotipo y la estabilidad genómica [132].

Actualmente, el medio más común para hUCMSCs implica el uso de suero bovino,

que puede causar la transmisión de enfermedades y la reacción inmune. Como la ingeniería de tejidos utilizando

hUCMSCs se traduce en la práctica clínica, se puede preferir un medio libre de suero a

evitar estos problemas. De hecho, un medio bajo en suero ha sido utilizado con éxito para la cultura

hUCMSCs. Incluye sólo el 2% de suero bovino, 1X sustituto de suero, y factores de crecimiento

que contiene EGF y PDGF [33]. En este medio, las células crecieron vigorosamente y la mayoría de la inicial

marcadores de superficie se mantuvieron después de cuatro pasajes. En el futuro, suero autólogo humano

puede ser una opción para reemplazar este suero animal 2%, aunque claramente un medio libre de suero

sería ideal. Por otra parte, para diseñar tejidos a gran escala, los problemas típicos de escalado necesitan

abordarse como la difusión de nutrientes y desechos se ve obstaculizado en grandes construcciones [133].

Perspectivas futuras

Células estromales mesenquimales cordón umbilical representan un emocionante fuente MSC para el tejido

aplicaciones de ingeniería con claras ventajas sobre otras fuentes de células incluyendo, pero no

limitado a, la facilidad de acceso, amplia disponibilidad, la cosecha no invasivo e in vitro

capacidad de expansión. Aunque su grado de 'stemness' todavía no está claro debido a la falta de datos

en el injerto a largo plazo y la auto-renovación en la literatura [37], la diferenciación in vivo de

estas células incluyendo osteogénico, endoteliales, neurogénica, hepática y linajes pancreáticos,

acompañado por su gran capacidad de expansión in vitro, sin duda apoya la afirmación de que

estas células pueden de hecho actuar células terapéuticas como verdaderas. Las investigaciones de hUCMSCs en

la ingeniería de tejidos musculoesqueléticos han mostrado resultados alentadores sobre la base de la in vitro y

en las evaluaciones in vivo, mientras que más en los estudios de ingeniería de tejidos in vivo con modelos animales grandes

están garantizados en el camino a los ensayos clínicos. Después de estos éxitos actuales iniciales con estos

células, creemos que hUCMSCs tienen el potencial de ser utilizado con éxito en otros tejidos

áreas de ingeniería tales como el páncreas y la regeneración del tejido neural. El trabajo futuro debe

incluir la optimización del ambiente de cultivo celular, diseño y evaluación de andamio en

Vivo rendimiento medicina regenerativa, todo lo cual puede ser integrado en células madre a base de

las estrategias de ingeniería de tejidos hacia la aplicación clínica

ESTE ES UN EJEMPLO DE UN COMPAÑERO, DE CÓMO SE PUEDE LLENAR..

Título: Nuevo concepto de regeneración y Prótesis reabsorbibles de tendón y ligamento: Caracterización físico-química y biológica de Biomaterial trenzado Pla

Población celular: fibroblastos L929 (línea celular Sigma)

Método de aislamiento: separación enzimática

Andamiaje: Matriz de PLA de 14 días, trenzado de macropartículas, hueco con una película externa de ácido hialuronico e interna con una superficie adherencia y proliferación.

Matriz está en 12 hilos, cada una con 4 series de 150 microfibrillas (7200 microfibras)

4 conjuntos de 150 fibras.

Diámetros de 1,96, 0,96, 0,2, 0,03

Factores de crecimiento: temperatura 37 C .

Ph 7.4 es estable.

Colágeno tipo I y III

New concept for a regenerative and resorbable prosthesis for tendon and ligament: Physicochemical and biological characterization

of PLA-braided biomaterial.

María C. Araque-Monrós, Tatiana C. Gamboa-Martínez, Luis Gil Santos, Sagrario Gironés, Bernabé, Manuel Monleón Pradas, Jorge Más Estellés.