-Tetrahydrocannabinol, has a negative impact on MSC survival and osteogenesis. Overall, these results show the potential for the modulation of the cannabinoid system in cell-based tissue engineered bone regeneration strategies whilst highlighting cannabis use as a potential cause for concern in the management of orthopaedic patients."> 大麻素受体1型对间充质干细胞生存和分化是至关重要的:对骨骼健康的影响 - raybet雷竞app,雷竞技官网下载,雷电竞下载苹果

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干细胞国际/2013年/文章
特殊的问题

多功能多能成体干细胞的特性

把这个特殊的问题

研究文章|开放获取

体积 2013年 |文章的ID 796715年 | https://doi.org/10.1155/2013/796715

Aoife Gowran, Katey麦凯,Veronica a·坎贝尔, 大麻素受体1型对间充质干细胞生存和分化是至关重要的:对骨骼健康的影响”,干细胞国际, 卷。2013年, 文章的ID796715年, 8 页面, 2013年 https://doi.org/10.1155/2013/796715

大麻素受体1型对间充质干细胞生存和分化是至关重要的:对骨骼健康的影响

学术编辑器:Pranela Rameshwar
收到了 2012年11月30日
修改后的 2013年5月30日
接受 04年6月2013年
发表 2013年6月24日

文摘

重大损失的骨创伤,潜在的代谢疾病,或缺乏修复由于年龄超过人体内源性骨修复机制。间充质干细胞(msc)成体干细胞可能代表一个理想的细胞类型用于细胞组织工程骨再生策略。人体的神经系统已被确定为中央监管机构的骨骼的新陈代谢。这项研究的目的是阐明大麻素受体1型的角色分化和生存的msc。我们表明,大麻素受体1型prosurvival函数在急性细胞压力。此外,我们表明,phytocannabinoid, 四氢大麻酚,对MSC生存和骨生成产生负面影响。总的来说,这些结果显示潜在的调制大麻素系统的细胞组织工程骨再生策略同时强调吸食大麻作为一个潜在的担忧在骨科病人的管理。

1。介绍

间充质干细胞(msc)是多能成体干细胞存在于骨髓可以区分沿着几个血统,例如,骨,软骨,肌腱(1]。肌肉骨骼修复依靠一系列的策划事件直接msc分化的子代,例如,成骨细胞、软骨细胞、tenocytes。msc代表一个理想的细胞群用于组织工程和再生医学由于其易于隔离,多能——缺乏免疫原性和免疫抑制效果(2]。组织工程的目标是学习如何诱导、调节和控制msc分化过程中为了提供治疗肌肉骨骼疾病(3]。我们最近发现,成骨和chondrogenic分化过程可能由特定生长因子(4,缺氧5),和生物物理刺激(6]。

神经系统是由两个G protein-coupled受体,CB1和CB2,内源性配体的anandamide 2-arachidonoylglycerol及其降解酶脂肪酸酰胺水解酶和monoacylglycerol脂肪酶,分别。此外,外源大麻类等生物活性脂质孤立的大麻植物和合成大麻类目前用于治疗许多疾病,如多发性硬化症(7]。然而,phytocannabinoids与精神双重毒性组件大麻,Δ9四氢大麻醇(Δ9thc),诱导细胞死亡的细胞类型(8- - - - - -11]。Δ9thc CB的部分激动剂1和CB2受体但在CB显示更高的功效1在CB2它报告了对手的活动(12]。

神经系统是一个重要的监管机构的骨量维护。2005年,伊德里斯等人报道,CB1受体的失活导致增加骨量和防止ovariectomy-induced骨质流失,一个在活的有机体内骨质疏松症模型(13]。进一步调查的骨骼CB的表型1淘汰赛老鼠证明动物显示增加骨量在3个月大的时候,由于减少破骨细胞活动,但开发老年性骨质疏松症的12个月里,由于增强脂肪细胞的分化14]。CB2受体受体激动剂增加骨质增强成骨细胞的数量和活性,抑制破骨细胞的增殖和刺激成纤维细胞的集落形成的骨髓细胞(15,16]。此外,CB2调节时期骨质流失增加骨营业额也涉及破骨细胞功能的调节17]。

本研究的目的是阐明大麻素系统的角色的生存和分化culture-expanded msc在已知的成骨的因素:地塞米松, 甘油磷酸盐和抗坏血酸。结果表明,CB1受体是调节在成骨分化的msc和差异化的msc的生存至关重要。我们还表明,精神phytocannabinoidΔ9四氢大麻酚,对MSC生存和骨生成产生负面影响。

2。材料和方法

2.1。间充质干细胞的文化

三个月大Wistar鼠(250 - 300克)是获得生物单元,都柏林大学三一学院。动物被公司牺牲2窒息和颈椎错位依照欧洲指南(86/609 / EEC)。股骨和胫骨解剖自由和放置在无菌prewarmed杜尔贝科补充修改鹰的介质(s-DMEM;英国Sigma-Aldrich)。补充10%胎牛血清;100 U /毫升青霉素和链霉素;GlutaMAX约2毫米;1毫米谷酰胺;和1%的非必需的氨基酸(表达载体,苏格兰)。股骨和胫骨切在松果体,和骨髓冲进50毫升管使用5毫升s-DMEM和25针。暂停是离心机(650×g) 5分钟20°C, resuspended s-DMEM 10毫升,并通过按顺序通过16 - 18岁,20量度针。 The suspension was passed through a 40 μ米尼龙网进无菌培养皿和孵化在湿润的气氛中(95%的空气和5%的有限公司2在37°C) 30分钟。上层清液被除去,分成两个T75烧瓶血压得到较好的控制。培养基后24小时内删除不依从细胞取代。细胞通道到达80 - 90% confluency最多4通道。每3到4天中被取代。诱导骨生成,细胞治疗与成骨的因素(的):100 nM地塞米松,10毫米 甘油磷酸盐和50μM抗坏血酸为指定的时间(2 - 5周)。这些细胞被称为分化细胞,而细胞保持在常规培养基被称为未分化的细胞。此外,msc的分化能力研究和验证使用先前描述的方法的感应和检测成骨、软骨形成(4),和脂肪生成18在骨髓中msc在网上补充材料(见图1http://dx.doi.org/10.1155/2013/796715)。

2.2。药物治疗

msc与药物或车辆的孵化时间显示在每一个实验。CB的1受体拮抗剂/反兴奋剂SR141716大卫·芬恩博士是一种礼物的形式在爱尔兰国立大学,高威(原始资料来源:国家心理健康研究所的化学合成和药物供应程序)。SR141716被存储为10毫米原液在DMSO−20°C和稀释至最后一个1的浓度μ在媒体文化。Δ9thc是来自Sigma-Aldrich公司有限公司,在爱尔兰卫生部门颁发的许可证和儿童。Δ9thc是存储为80毫米原液在乙醇−20°C和稀释至最后一个1的浓度μ在媒体文化。

2.3。RNA隔离

总RNA分离msc使用NucleoSpin总RNA隔离设备(Macherey-Nagel Inc .)、德国)后,制造商的指示。这个协议包括DNase一步为了删除任何基因组DNA污染。分光光度法测定总RNA浓度(美国NanoDrop技术)和存储在−80°C,直到所需的互补脱氧核糖核酸的合成。

2.4。互补脱氧核糖核酸的合成

总RNA浓度调整到一个标准浓度之前互补脱氧核糖核酸的合成。互补脱氧核糖核酸是来自0.5 - 1μg总RNA使用高容量cDNA归档工具(应用生物系统公司、德国)后,制造商的指示。结果cDNA存放在−20°C到所需的实时PCR。

2.5。实时聚合酶链反应

实时PCR进行使用Taqman基因表达分析(应用生物系统公司、德国)ABI棱镜7300仪器(应用生物系统公司、德国)。测定id基因检查如下:CB1受体(Rn00562880_m1), CB2受体(Rn01637601_m1)、骨钙素(Rn00566386_g1) 肌动蛋白(4352340 e)。基因表达是计算相对于内生控制( 肌动蛋白)和控制样品给一个相对量化(RQ)值。

2.6。细胞生存能力分析

细胞生存能力是由量化细胞渗透钙黄绿素的酶转化是(表达载体,苏格兰)细胞内酯酶的荧光产品活跃。短暂,msc被种植在无菌96孔板(6×103细胞每)视为表示在每一个实验。钙黄绿素(2点的解决方案μ在PBS)应用于每个在湿润的气氛中,孵化(95%的空气和5%的有限公司2在37°C) 1小时。孵化后钙黄绿素荧光在530 nm决心使用标加热到37°C(美国BioTek工具协同HT)。

2.7。Immunofluorescent染色活性Caspase-3和凋亡细胞核的决心

药物治疗后,msc固定在100%甲醇在−5分钟20°C, permeabilised 0.2% Triton-X100 10分钟,洗3 PBS在室温(RT)的变化。msc被封锁30%山羊血清一夜之间在4°C(向量实验室、美国)。Caspase-3贴上了一只兔子antiactive Caspase-3(1: 1000年30%阻断缓冲区;英国Promega) 1小时在rt,标记蛋白质检测山羊anti-rabbit二级抗体结合生物素(1:1500年30%阻断缓冲区;向量实验室、美国)1小时在rt, msc被孵化avidin-conjugated FITC (1: 500;英国Sigma-Aldrich) 1小时在rt,核沾染了赫斯特33258 (1:500;表达载体,苏格兰)15分钟在rt,盖玻片与安装安装介质(向量实验室、美国)。用共焦显微镜检查结合荧光团(德国卡尔蔡司)使用适当的激发波长和过滤集。不正常凋亡细胞核的数目决定(通过盲计数器)来自10个随机领域为每个治疗组的观点 在每个实验数量表示。

2.8。细胞外基质矿化量化

羟磷灰石矿化骨的具体标志是使用商用量化分析工具(瑞士Lonza)后,制造商的指示。短暂,msc被种植在无菌96孔板(13×103细胞每)视为表示在每一个实验。治疗后,msc在PBS(×2)洗,然后固定在100%乙醇20分钟在rt, msc与荧光染色试剂孵化特定羟磷灰石30分钟rt, msc在稀释清洗清洗缓冲(×3),使用分光光度计和荧光读取在518海里(Labsystems、芬兰)。在一些实验中,msc被种植在玻璃盖玻片和荧光染色法染色试剂特定羟磷灰石。核沾染了赫斯特33258年。标签羟磷灰石和核可视化用共焦显微镜(德国卡尔蔡司)使用适当的激发波长和过滤集。

2.9。统计分析

报告数据的均值±SEM实验表明在每种情况下的数量。方差分析学生Newman-Keuls紧随其后事后测试是用来确定组之间的统计学意义。对比相关治疗,一个未配对的学生 - - - - - -测试执行。

3所示。结果

3.1。增加CB1在骨生成受体表达负责MSC生存

msc接受成骨分化,CB的显著增加1受体信使rna表达观察2周后的区别( ;RQ值,均值±SEM)相比,未分化的msc ( ;RQ值,均值±扫描电镜; ,学生的未配对 以及, ;图1(a))。在CB没有变化2观察受体信使rna表达之间的差异和分化msc(补充图2)。

由于CB的感应1受体信使rna在msc进行成骨分化明显,我们试图确定是否CB的感应1受体在MSC的任何方面的控制相关的功能和我们的注意力集中于细胞的生存。未分化和分化msc被剥夺了血清的CB的存在与否1受体拮抗剂/反兴奋剂,SR141716 (SR1;1μ米),细胞生存能力是衡量监测钙黄绿素的代谢。在未分化的msc,荧光强度在530 nm,细胞代谢和生存能力的一个标志,是 (×104RFU在530 nm,意味着±SEM),这是显著降低 血清撤军后24小时( ,1路的方差分析和Newman-Keuls, ;图1(b))。相反,当分化msc被暴露于血清荧光撤军是不受影响的,表明分化msc能够承受血清撤军。然而,在SR141716 (SR1;1μM;24小时)血清撤军后的差异化msc无法生存表明CB含量的增加1受体存在于分化msc的生存至关重要。治疗分化MSC与SR1独自没有影响MSC细胞生存能力表明SR1治疗没有毒性。

此外,我们监测评估细胞死亡的凋亡细胞核的百分比和proapoptotic蛋白质的活性形式的表达,caspase-3(数字1(c)和1(d))。在未分化的msc、血清撤军显著增加凋亡细胞核的百分比 %, %(意味着±扫描电镜; ,1路的方差分析和Newman-Keuls, ;图1(c)),也增加了活性caspase-3(图的表达1(d) (ii))。然而,在分化msc血清撤军诱发细胞凋亡明显较低( %凋亡细胞核,意味着±扫描电镜; ,1路的方差分析和Newman-Keuls, ;图1(c))。在SR141716血清撤军的凋亡效应得以恢复( %凋亡细胞核)差异化msc。这些结果提供证据表明,CB1受体在分化msc对生存至关重要的侮辱,如血清撤军。

3.2。Δ9thc对MSC可行性和成骨的潜在负面影响

鉴于我们已经表明CB的重要作用1受体在MSC的生存压力刺激(血清撤军)因此我们试图阐明如果外生大麻类能干扰MSC生存和分化能力。因此,我们监测的影响外生phytocannabinoidΔ9thc msc的可行性和成骨的能力。

Δ的效果9thc在msc的可行性取决于评估未分化的能力和分化mscΔ对待9thc对钙黄绿素的新陈代谢。Δ治疗9thc (1μ米,2周)显著降低未分化的MSC代谢活动 (×104RFU在530 nm,意味着±SEM) ( ,1路的方差分析和Newman-Keuls, ;图2(一个))。在分化与Δmsc治疗9thc (1μ米,2周)诱导MSC代谢活动的显著下降( ,1路的方差分析和Newman-Keuls, ;图2(一个))。此外,治疗未分化和分化与Δmsc9thc (1μ米,2周)诱发凋亡细胞核的显著增加% ( ,1路的方差分析和Newman-Keuls, ;图2 (b)(图)和caspase-3活动2 (c))。

Δ的效果9thc msc的分化是由监测羟磷灰石沉积在未分化和分化msc。羟磷灰石的沉积有显著增加 (RFU在518 nm,意味着±SEM) 在msc分化( ,1路的方差分析和Newman-Keuls, ;图2 (d))。然而,msc分化Δ的存在的9thc降低了成骨的潜力( RFU在518 nm,意味着±扫描电镜; 1路的方差分析和Newman-Keuls, ;图2 (d))。这些结果表明,phytocannabinoidΔ9thc对骨有一个负面影响减少未分化和差异化的msc的生存。

4所示。讨论

本研究的目的是检查CB的角色1受体在msc的成骨分化是从成人Wistar鼠。结果表明,CB1受体增加在MSC分化成骨分化和生存至关重要的MSC在血清撤军的严重侮辱。我们还表明,外生phytocannabinoidΔ9thc,减少MSC MSC的生存和分化潜力。

ressection大量骨损失由于创伤、肿瘤、代谢性骨病或缺乏骨修复由于老龄化可能需要干预恢复正平衡骨代谢(19]。msc代表一个理想的成年干细胞以来用于骨修复骨再生策略(成骨、osteoinduction、osteoconduction osteopromotion)所有从根本上依赖于msc (20.]。我们已经观察到msc生产骨钙素和细胞外羟磷灰石矿床(补充图1和图3)确认潜在的分离msc成为骨细胞形成适用于骨组织工程策略按照先前建立的标准(21,22]。CB的1和CB2受体蛋白结合受体,目前正在评估,以及假定的大麻素受体GPR55,作为潜在的骨量的调节器23,24]。先前建立,msc表达CB1受体(12,14,15),但是,我们是第一个显示的功能增加CB1在骨生成受体。我们没有观察到任何增加CB2受体表达(补充 );然而,这可能是由于时间点分析(2周)CB的表达2受体曾被发现表达3周后小鼠骨成骨分化的骨髓来源主要基质细胞(15]。我们还表明,CB1受体功能作用的生存分化msc暴露于严重侮辱(血清撤军),这是一个在体外周围的环境模型骨折或骨科植入物。我们的结果表明,CB1受体MSC生存需要在MSC骨的早期阶段。成功的整形外科植入物周围骨折修复和骨愈合依靠有利的生物和机械环境除了招聘和msc分化。然而,在某些情况下可以积极荒凉的当地环境渗透msc导致骨愈合的失败(20.,25]。CB的1受体被证明cytoprotective在许多细胞类型(26,27]。在我们的研究中,我们表明,分化msc增加CB1受体和显示生存能力严重侮辱(血清撤军)而未分化的msc。有趣的是,Cudaback和同事(28)表明,大麻素受体表达的变化增加这些特定受体激酶的耦合途径和大麻素受体配体诱导的功效这些通路的激活。此外,他们表明,增加CB1受体表达增强的功效大麻类调节prosurvival AKT通路同时低水平的CB1只受体表达导致ERK的活化28]。此外,我们曾表明,大麻素系统的激活增强了生存,移民,和chondrogenic分化的msc的三个关键点确定细胞组织工程修复的成功策略(29日]。有趣的是,伊德里斯et al。13)表明,CB正常骨形成1应用受体小鼠可以由其他信号通路;然而,随着年龄的增加这些补偿机制失败导致骨形成减少。此外,生理upregulation CB1受体与年龄提出了预防骨质疏松症的发展(13]。从我们的实验结果使用SR141716表明,CB1受体急性侮辱后对MSC的生存是必要的,然而长期(3 - 5周)CB1受体拮抗效果增加骨(补充图3)表明CB的时间效应1受体对MSC功能。这部小说时间响应可能反映了CB的双重角色1受体在MSC生理学:首先是必不可少的生存在荒凉的环境压力的相关性呈现在骨愈合领域,其次作为抑制骨生成,反映内源性大麻素在骨生成有抑制作用。长期CB的成骨的影响1受体拮抗,我们观察到的可能是由于通过CB增强的信号2受体,因为CB2受体信号导致preosteoblastic池扩张和数量的增加成骨细胞的集落形成(14,15]。此外,CB2受体激活减弱骨质疏松动物模型的癌症骨转移使用肉瘤细胞(30.]。进一步研究利用CB1和CB2淘汰赛动物需要解剖出的确切作用受体和以证实我们的发现。另外SR141716可能信号通过其他受体如PPAR - (31日]。

我们的研究结果也表明Δ9thc防止骨生成和诱导细胞死亡在未分化和分化msc。这些发现可能会提供一个分子解释Nogueira-Filho和同事的结果(32]了钛植入体周围松质骨愈合,减少由于减少骨填充老鼠受到大麻烟吸入。相比之下,大麻的nonpsychoactive组件,大麻二酚被证明能减少骨吸收在大鼠实验性牙周炎由于减少促炎介质(33]。据报道,Δ9thc是线粒体抑制剂(34),这种效果可能会抑制msc的生存和成骨细胞线粒体功能决定了这些细胞的生存能力和成骨的能力(35]。这些报告进一步强调我们的观察,Δ的相关性9thc暴露增加数量的凋亡细胞核和诱导的表达活性caspase-3 (proapoptotic下游信号蛋白酶参与细胞凋亡的线粒体内在途径)在未分化和分化msc。因此,Δ9thc暴露可能导致能力下降的msc分化成成熟的骨形成子代细胞由于缺乏生存能力在骨的早期阶段可能内弯影响成骨的msc的潜力(补充 )。此外我们得出结论,这种效果是特定于Δ长期治疗9thc正如我们以前发表的观察急性后24小时Δ没有不良的影响9thc (1μ米)治疗(29日]。这表明Δ长期接触9thc可能对骨骼健康有负面影响可能是因为外源agonist-induced CB的封锁1内源性大麻素受体激活。然而,需要进行进一步的研究来证实这一点。这些结果具有重要临床意义的骨修复大麻用户或骨科病人自行疗伤,因为它已经明确,烟草和酒精消费对骨骼健康产生负面影响(36]。

总之,我们获得额外的洞察的作用大麻素系统在骨的规定维护期间通过调查大麻素系统MSC成骨分化。我们在此表明,CB1受体诱导成骨分化过程中,它有一个在MSC生存在急性应激功能的作用。这些结果相关的成功培养成骨的用于细胞组织工程骨祖细胞替代疗法作为一种基于大麻素的方法可以克服与细胞衰老相关的挑战和捐助网站发病率出现在当前组织工程应用。事实上,启动细胞的概念与特定生长因子或特定受体配体被证明控制msc分化潜能和免疫调节的(37,38]。针对这一点,我们的结果显示的潜在应用大麻类' msc以影响他们在体外在活的有机体内为进一步研究生理功能代表了一个有趣的大道。我们还提供证据表明phytocannabinoidΔ9thc对MSC骨生成和生存有负面影响。这可能是一个有关因素应被视为一个潜在的风险来源的临床成功率骨替代策略。

缩写

msc: 间充质干细胞
: 成骨的因素
CB: 大麻素
西南: 血清撤军。

利益冲突

论文的作者没有直接的财务关系与任何商业机构中提到。

承认

这项研究是由爱尔兰科学基金会(07年/ RFP / BIMF126)。

补充材料

增刊。图1:msc的分化能力。

增刊。图2:成骨的因素对CB2受体表达的影响。

增刊。图3:CB1受体拮抗对MSC骨生成的影响。

增刊。图4的影响∆9-THC骨钙素和CB1受体信使rna表达。

  1. 补充数据

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