文摘
人类牙髓干细胞/基质细胞(hDPSCs)来自永久次级生齿是公认的具有某些优势特征,支持他们潜在的使用作为一个可行的来源的间充质干细胞(msc) /基质细胞再生medicine-based应用程序。然而hDPSC的亚种的完善的异构特性,加上他们有限的数字在牙髓组织,阻碍我们的理解hDPSC生物学和足量的翻译从实验室研究这些细胞,通过成功的治疗开发和临床应用。本文综述当前的理解hDPSC生物学和证据支撑分子基础的异质性,这可能被利用来区分个体亚种群与特定的再生医学应用程序或优越的特性。有关的悬而未决的问题依然存在,对于发展起源、分层组织,和干细胞利基hDPSC的亚种的位置和他们的角色在hDPSC异质性和功能,将进一步探索。最终,更好的理解如何关键特性,例如特定的细胞表面,衰老和其他相关基因、蛋白质和代谢标记物,描绘hDPSC之间与对比具备干细胞亚种群,增殖,多能——免疫调节、抗炎和其他相关属性是必需的。这样的知识进步无疑将导致小说发展的筛选,分离、纯化策略,允许程序和有效的识别、充实和扩大更可取的hDPSC割礼再生medicine-based应用程序。此外,这种创新的措施可能导致改善细胞扩张,制造、和银行程序,从而支持平移hDPSC-based疗法的发展未来。
1。介绍
产后人类牙齿的牙髓组织正在完善的港口的独特和不同来源间充质干细胞(msc) /基质细胞。由于msc扮演至关重要的角色在中介组织发展和修复反应在dentine-pulp复杂(1),有一个强烈的信念,牙髓的提供了一个可行的潜在资源再生medicine-based应用程序msc。这些原则是基于他们的可用性和易用性的隔离使用微创技术提取的牙齿牙髓的组织,同时减轻许多伦理问题与MSC的集合种群与其他组织来源,加上他们的相似之处人类骨骨髓来源MSC (hBMMSCs),当前的“黄金标准”(MSC来源2- - - - - -4]。
乳牙脱落msc在人类干细胞从人类脱落乳牙(物流)5])和永久的辅助齿列(人类牙髓干细胞/基质细胞(hDPSCs) [6,7)已经广泛分离和特征,在不同的细胞表面标记表达谱,自我更新和单独使用特点,增殖能力,多功能分化能力(如dentinogenic、成骨、chondrogenic脂肪形成的,肌原性的,神经源性,肝原性的,和血管生成血统),和其他的基因型和表型属性(8- - - - - -12]。因此,hDPSCs,尤其是那些从提取分离第三磨牙由于矫正原因,已收到相当大的注意力的发展更有效的阀杆/基质细胞再生疗法。事实上,尽管hDPSC-based研究专注于展示其有利影响再生牙髓的牙治疗牙髓学期间(13,14),hDPSCs也被证明能够促进组织修复后移植成各种动物模型的缺陷在活的有机体内相关,与其他临床病理相关学科,如骨科、神经学、眼科,肝病,心脏病8,11,12,15]。
尽管有这样的进步我们理解hDPSC生物学和hDPSC-based的持续发展和评估治疗的临床使用,挑战依然存在,影响潜在和剥削的MSC源再生医学。虽然方法孤立存在使常规hDPSCs的牙髓组织,与msc来自其他组织(16- - - - - -19),一个明确的问题,价值重要的考虑因素是建立异构自然牙髓内的MSC的人群,孤立hDPSCs总是由许多单个的亚种群与对比生物和再生的特点。这样的特征提出了一个主要障碍平动hDPSC-based治疗临床应用的发展,尤其是hDPSC亚种群具有不同的增殖和分化特性允许可预见的和可再生的再生效果。自从Gronthos et al的开创性工作。6,7],最初描述的描述一个独特的人口的产后hDPSCs人类第三磨牙的牙髓,之间的异质性hDPSC亚种群在牙髓组织已经无可争辩的。具体来说,hDPSCs共享类似的immunophenotype hBMMSCs表现出高度的clonogenicity,自我更新,快速增殖率,和multipotency功能,包括分化成odontoblast-like细胞和零星的生产,但人口钙化结节。皮下hDPSC移植到免疫功能不全的老鼠也会导致功能的形成矿化dentine-like组织和相关的牙科pulp-like组织在活的有机体内hBMMSCs[形成的,不同的6,7,20.]。然而,进一步分析个人hDPSC亚种群来自单细胞殖民地显示显著差异的增殖和牙原性的潜力。尽管异构,multicolony hDPSC人口膨胀能够实现> 120人口倍增(PDs)体外,只有20%的提纯单独hDPSC亚种群能够增殖> 20 pds。此外,这些hDPSC只有三分之二的亚种群能够形成丰富的异位牙本质在活的有机体内(6- - - - - -8]。
尽管Gronthos等人得出的结论是,孤立hDPSCs只代表一个小比例的总细胞数在牙髓组织(大约每10 400成纤维细胞的克隆形成单位(CFU-F)殖民地5细胞镀)[6,7),额外的确认有限的比例的孤立hDPSC亚种群进行广泛的能力体外扩张和牙发生进一步强调围绕增生性的相当大的异质性,谱系分化等生物学特性hDPSC亚种。因此,这种情况下已经惊慌失措的努力净化和概要文件大量特定hDPSC亚种群与所需的基因型和表型的品质要求MSC-based疗法的发展。,据估计,未分化的MSC人口只占总数的-0.01% - 0.001左右的细胞内组织如成人骨髓(21),足量的程序用于收割hDPSC亚种群评估和发展临床使用成为一个重要的考虑。由于MSC收益率如此之低从本地组织,广泛体外扩张常常需要获得足够的细胞数量成功治疗的发展,特别是在同种异体的MSC-based疗法而言(22,23),通常报道MSC治疗剂量范围内的108细胞对常规细胞移植(24,25]。
因此,常规使用的剩余挑战hDPSCs再生medicine-based应用程序是特定的分子标记的鉴定能力歧视hDPSCs优越的再生能力,而较小质量的亚种。本文提供了一个全面的概述我们目前的理解hDPSC生物学和hDPSC异质性背后的分子基础。基于这些知识,我们进一步概述的一些关键的进步导致了特定的细胞标记被用来区分hDPSC亚种群,在增殖,多能——免疫调节和其他再生能力。这种特征可能随后被利用的发展战略,允许选择性筛选,提高隔离,和浓缩优质hDPSC亚种群的牙髓组织,导致细胞扩张,改善生产、和银行,从而支持转化发展hDPSC-based疗法的发展。
2。目前hDPSC生物学的理解
2.1。发展和干细胞利基的位置
尽管牙髓被认可为一个高度vascularised支配和组织包括multi-heterogeneous人口的细胞(1),建立了hDPSCs ectomesenchymal-derived干细胞,原始胚胎牙齿发育期间从颅神经嵴细胞迁移和拥有MSC-related属性(26- - - - - -29日]。在开发期间,神经嵴细胞分层从神经管的外围,迁移到口腔,并接受epithelial-mesenchymal过渡,分化成神经嵴干细胞随后成其他类型的细胞和组织内的颅面地区(图1)。自我更新和multipotency premigratory和postmigratory神经嵴细胞被认为是由神经嵴msc在发展组织(30.,31日),神经嵴细胞带来的有利的再生性质msc在颅面地区,包括hDPSCs [11,12,27- - - - - -33]。
在产后组织,hDPSCs仍然静止在干细胞利基微环境的健康dentine-pulp复杂34,35),例如,通过其分化成新成立的odontoblast-like细胞或恢复牙髓的纤维母细胞成分在三级(修复)牙质生成1,32,36- - - - - -38]。虽然个体发生,解剖位置和身份牙髓内的hDPSCs仍有待建立,初步研究提出hDPSCs源自内部的细胞种类subodontoblast层驻留毗邻postmitotic主成,从牙髓基质中的纤维母细胞群,和血管周的地区与牙髓的脉管系统(32,37- - - - - -41]。然而,随着hDPSCs毗邻主成不太可能做出显著贡献的odontoblast-like细胞的再生在第三期(42],pericyte-derived亚种群内的血管周的利基市场已经建立了具有特别突出的作用,对组织损伤在dentine-pulp复杂,尽管来自nonpericyte-derived msc还发生37- - - - - -44]。因此,现在相信hDPSCs整个牙髓中存在几种不同的细分市场,尽管不同的内在特征和基于各自的位置在组织再生能力(3,45,46]。因此,它一直在猜测hDPSC亚种群与对比发展血统在牙髓组织修复期间的反应不同,这也许可以解释不同的增殖和牙原性的反应最初观察到在dentine-pulp复杂,移植后的个人单colony-derived hDPSC菌株(1,3,6,7]。
2.2。Immunophenotypic特性
按照最小的分类标准规定人类间充质干细胞和组织委员会msc的国际社会的细胞和基因治疗(ISCT) [47),hDPSCs展览坚持组织培养下塑料标准培养条件和特定的细胞表面抗原表达(积极CD73, CD90、CD105的表达和负CD11b, CD14、CD19、CD34、CD45、CD79α,人类白细胞抗原(HLA)是表达式)和展览多能干细胞分化成骨的能力,chondrogenic和脂肪形成的血统。然而,尽管仍存在一些争议的适当性和使用这些特定标准,特别是矛盾的报道某些造血干细胞标记物的表达(48),它已被广泛证实hDPSCs演示ISCT-recommended MSC标记的阳性表达,CD73 ( - - - - - -ectonucleotidase), CD90 (Thy-1)和CD105 (endoglin)和消极的表达造血干细胞标记,CD3, CD8, CD11b, CD14, CD15, CD19, CD33、CD34、CD45、CD71 CD79α、CD117和HLA-DR [6,8,9,11,12,49- - - - - -52]。然而,目前还没有具体的标志hDPSCs,虽然表达各种各样的其他间叶细胞,胚胎,神经嵴,和其他细胞表面标记被广泛研究,异构的本质hDPSC亚种群在牙髓组织及其独特的immunophenotypic特性导致相当大的不一致性和多样性被显示在他们的标记表达谱9,11,48]。尽管如此,除了CD73, CD90、CD105, hDPSCs已报告表达许多其他MSC表面标记,如CD13(氨基肽酶N)、CD29 (β1整合素)、CD44、CD166 (activated-leucocyte细胞粘附分子)和CD271(低亲和力神经生长因子受体,LANGFR /我)(9,11,49- - - - - -56]。符合他们提出的位置内的血管周的利基(37- - - - - -44),hDPSCs也被证明积极表达血管周的细胞(STRO-1(间质前体抗原1),STRO-3,和PDGFR -β(血小板源生长因子受体-β))、内皮细胞(血管细胞粘附molecule-1 CD106;CD146,黑色素瘤细胞粘附分子)、平滑肌细胞(α光滑的肌肉肌动蛋白(αSMA)),外膜细胞(3 g5,核糖体蛋白S14系列;喜欢的《忍者外传2》,neuron-glial抗原2)标记,hDPSCs主要呈现pericyte-associated表型(6,9,12,43,44,50- - - - - -53,56,57]。
胚胎干细胞标记物的分析揭示了不同级别的OCT4 (octamer-binding转录4),NANOG(同源框转录因子),SOX2 (SRY基因-(性别决定区域Y -)框2),SSEA4 (stage-specific胚胎antigen-4)和蛞蝓hDPSCs表达,调节干细胞特性,如自我更新,多/多能性和间叶细胞谱系的承诺(9,11,49,50,53,58- - - - - -60]。此外,hDPSCs表现出积极的自我更新和multipotency标记基因表达,BMI-1 [53,61年,62年]。根据他们的神经嵴的起源,表达各种神经hDPSCs谱系标记也被发现,包括CD117 (c - kit), CD271,巢蛋白、胶质原纤维酸性蛋白(GFAP),β三世微管蛋白、S100、切口1 musashi-1 synaptophysin, microtubule-associated蛋白2 (MAP-2), oligodendrocyte-associated CNPase [11,12,49,50,52,53,63年- - - - - -65年]。
2.3。自我更新和Multilineage分化特征
高自我更新能力的一个定义特征hDPSCs [2,6- - - - - -8]。尽管hDPSCs和hBMMSCs纺锤状形态相似,基因表达谱,整体和分化途径,hDPSCs已被证明保持比hBMMSCs克隆形成效率和扩散率更高,与细胞cycle-related基因的高表达,如细胞周期蛋白依赖性激酶6和胰岛素样生长因子2 (IGF-2),由hDPSCs [6- - - - - -8,66年]。的确,异构hDPSC人口已被证明具有相当大的扩张潜力实现pds > 120体外,尽管相当多的增殖能力的变化个人hDPSC亚种群一直强调,因为大多数只能够实现< 40 pds在文化6- - - - - -8,52,53,67年]。
基础条件下,hDPSCs表达成骨的标记基因,包括runt-related转录因子2 (RUNX2)、I型胶原蛋白,牙本质sialophosphoprotein (DSPP),骨钙蛋白、骨桥蛋白、骨粘连蛋白、碱性磷酸酶、和骨形成蛋白(BMP-2 BMP-4);脂肪形成的标记基因,如过氧物酶体proliferator-activated受体γ(PPARγ)、脂蛋白脂肪酶(LPL)、瘦素和adipophilin;chondrogenic标记,如II型胶原蛋白和SOX9;和肌原性的标记,如αmyogenin SMA,肌凝蛋白,肌间线蛋白(2,6- - - - - -8,12,49]。这种基因型的品质支持广泛的可塑性hDPSCs,显示一个标志特性使这些群体有吸引力的主张在再生医学,成熟的潜力成特化细胞的潜在修复牙科和nondental全身组织(11,15,27- - - - - -29日]。在适当的归纳条件下在体外,可以诱导hDPSCs进行分化成许多类型的细胞相关的中胚层和nonmesodermal(外胚层和内胚层的)血统,包括成骨细胞、成软骨细胞、脂肪细胞、神经胶质细胞、神经细胞、少突胶质细胞、雪旺细胞、视网膜ganglion-like细胞、内皮细胞、胰岛细胞、心肌细胞、肝细胞,黑色素细胞、骨骼肌细胞和膀胱平滑肌细胞(8- - - - - -12,15,50),超出了最低multilineage分化ISCT [hBMMSCs标准规定的47]。这些调查结果随后导致hDPSC分化能力和再生潜力进一步评估在活的有机体内,尤其是后移植到各种动物疾病和创伤模型(8- - - - - -12,15]。
2.4。免疫调节和抗炎作用
除了其增殖和分化特点,hDPSCs进一步被证实具有强大的免疫调节和抗炎作用。hDPSCs不表达HLA二类主要表面抗原,抑制CD4细胞的能力+和CD8+t细胞增殖和促炎细胞因子的生产,除了诱导细胞凋亡。这样的反应诱导分泌的可溶性因子,如人类白细胞抗原G5 (HLA-G5),白细胞介素(il - 6、il - 10)、转化生长因子-β1(TGF -β1)、肝细胞生长因子(HGF)和Fas配体(FasL),通过hDPSC-derived外来体释放和通过诱导t细胞的内质网(ER)压力(68年- - - - - -75年]。hDPSCs还可以防止辅助17 Th17细胞激活,同时刺激调节性T细胞(Treg)分化,并抑制B细胞增殖和分化,影响免疫球蛋白生产(69年,71年- - - - - -73年,76年]。hDPSCs进一步减弱激活外周血单核细胞(PBMC)通过TGF -扩散β1吲哚胺2 3-dioxygenase (IDO)和HGF分泌77年,78年),通过调节巨噬细胞的分化和功能亚型IDO-mediated抑制肿瘤坏死因子-α(肿瘤坏死因子-α)的分泌和发展促炎M1巨噬细胞表型,除了刺激抗炎M2巨噬细胞分化抑制toll样受体(TLR)和核因子κΒ(NFκΒ)信号78年,79年]。
3所示。特色鲜明的标记与区分hDPSC亚种群
根据建立异构性质hDPSC亚种群,全面了解hDPSCs生物学特性的努力旨在发展战略至关重要对于他们的开发新颖的组织再生治疗的临床应用。因此,许多研究已经报道的隔离和描述单一colony-derived克隆种群hDPSCs利用策略和特定的生物学特性标记,有选择地获取更精致的亚种群为再生医学的目的。总结提出了异型的标记,他们的亚细胞位置,所谓hDPSC特征这些标记识别呈现在图2和表1。
3.1。细胞表面标记
到目前为止,最广泛的分析和利用生物学特性描述特定的检测和净化hDPSC亚种群都是基于他们的相对表达特定的间叶细胞,胚胎,神经嵴细胞表面标记(11,50,51]。值得注意的是,早期的描述研究利用相结合的血管周的标记(STRO-1 CD146 3 g5),到colocalise STRO-1 CD146微脉管系统,确认最hDPSCs驻留在牙髓组织的血管周的利基43]。
许多研究已经使用这些和各种额外的细胞表面标记的隔离和歧视hDPSC截然不同的亚种。STRO-1+/ CD146+亚种群已经被确认为高度增殖、多功能hDPSCs并与其他胚胎干细胞往往coexpressed标记,如OCT4、NANOG援助MSC的维护特点(59,80年]。这些亚种群已被证明具有优越的克隆形成效率,STRO-1相比- - - - - -/ CD146- - - - - -,并且能够增殖> 40 pds。STRO-1+/ CD146+hDPSCs也能够形成牙本质/ pulp-like结构(12),虽然某些STRO-1+/ CD146+克隆报道表现出限制分化潜能(80年]。因此,进一步的注意力都集中在STRO-1的描述+hDPSC亚种群也为造血干细胞标记阳性,c - kit+CD117和CD34+。这些多功能亚种群可以进行成骨分化在体外(81年),而c - kit+/ CD34+/ STRO-1+hDPSCs也coexpressing flk-1(血管内皮生长因子受体2 (VEGFR2))不仅有强壮的成骨能力,也是血管生成分化的能力在体外,codifferentiating osteoprogenitor和内皮祖细胞(50,82年]。此外,STRO-1+/ c - kit+/ CD34- - - - - -和STRO-1+/ c - kit+/ CD34+hDPSCs提出了代表不同的亚种群,对比细胞增殖,具备干细胞,分化特性,特别是在他们的外胚层的血统能力方面,STRO-1+/ c - kit+/ CD34+hDPSCs拥有更倾向于神经性的承诺(83年]。它已被证明,STRO-1+/ c - kit+/ CD34+hDPSCs,表达CD271、巢蛋白和SOX10,能够区分成雪旺细胞样的细胞在体外和促进轴突再生在活的有机体内(84年]。因此,这些研究表明,一个更大的池hDPSCs存在于牙髓组织增强multipotency向中胚层和外胚层的血统,在一个高度增殖STRO-1表示+人口包括几个相互关联的亚种群(85年]。
CD146的进一步研究+hDPSCs已经确定,这些亚种群能够促进矿化和再生dentine-pulp复杂在活的有机体内相同的,由multicolony-derived hDPSCs [42,86年]。在活的有机体内再生牙本质和dentine-pulp复杂也明显较厚并显示统一表达式牙本质基质蛋白1 (DMP-1)和DSPP。另外,CD146- - - - - -小分支已报告展示的神经性的潜力,有额外的神经营养因子的高表达(87年]。
作为CD271+细胞被认为是起源于神经嵴(63年,64年),这些已经被确认为亚种群与增强神经源性潜力,表现出高表达神经标记,如巢蛋白、SOX1, SOX2,并能分化成神经元细胞谱系,而CD271- - - - - -hDPSCs [88年]。尽管积极的所有hDPSCs CD271表达相对较低,高度增殖、多功能hDPSC亚种群表现出没有CD271表达式(CD271- - - - - -),与他们的低增生性/单能性的CD271+同行(52,53]。按照CD271表达式被提出在hDPSCs显著影响多功能分化能力,CD271- - - - - -亚种群已经证明拥有优越的克隆形成效率,延长扩散,multilineage潜力在体外除了增强骨形成能力在活的有机体内(64年,65年]。此外,最近CD271 STRO-1内高度表达+/ c - kit+/ CD34+hDPSC亚种群,具有缓慢的扩散率,减少了具备干细胞,和早发性衰老,STRO-1相比,他们+/ c - kit+/ CD34- - - - - -同行(83年]。然而,尽管CD271差异表达,hDPSC成骨的亚种群表现出相似,肌原性的,和脂肪形成的差异化,尽管STRO-1+/ c - kit+/ CD34+hDPSCs表达CD271表明更大的神经性血统的承诺。也就是说,并不是所有的研究表明在CD271完成多功能分化的抑制- - - - - -表达hDPSCs [63年,83年]。
其他MSC标记表明区分特定特征之间hDPSC亚种群包括CD105、CD105+hDPSC亚种群表现出高增殖、迁徙和多功能分化潜力,尤其是对血管生成的血统,表现出高的表达血管内皮生长因子(VEGF)和其他proangiogenic集落刺激因子(gm - csf)等因素(89年]。在移植到小鼠后肢缺血模型,CD105+hDPSCs能够再生网站内的毛细血管密度都很高的伤害。这些发现可能与他们的个体发生,CD105是膜糖蛋白表达血管内皮,CD105+细胞内还发现血管周的利基。类似的结果很明显在脑缺血性模型中,即他们移植导致缺血区和随后的新血管形成促进神经再生的内源性神经细胞(89年]。
CD51+/ CD140α+hDPSCs也被确认为一个族群能够牙发生,骨和软骨形成。他们的牙原性的和成骨分化能力是大于证明STRO-1+/ CD146+hDPSCs,产生更大的量化的碱性磷酸酶活性和矿化组织的形成64年]。然而,尽管其他MSC标记的表达,比如CD29+,CD44+,CD73+,建议与hDPSC具备干细胞,这些都是杜绝有潜在益处的标记隔离hDPSC亚种群(28]。
尽管大多数孤立hDPSCs表现出消极的造血干细胞标记表达式,一小部分(≤2%)被发现阳性标记,如CD34+和CD117+(8- - - - - -12,50,51]。CD34+hDPSC亚种群增殖能力下降,但与一个增强的神经源性潜力,CD34相比- - - - - -同行(83年,84年]。CD34+克隆也表达低水平的MSC标记,如CD133和CD44。CD34+克隆有能力进行成骨、脂肪形成的肌原性的,神经源性分化。最重要的是,CD34+hDPSCs方面表现出优越的神经性的潜力,能够区分成雪旺细胞,它在活的有机体内移植能够坐骨神经再生动物模型(83年,84年]。CD34+hDPSC亚种群比CD34表达巢蛋白和CD271- - - - - -克隆和GFAP表达。亚种群coexpressing STRO-1+/ c - kit+/ CD34+还可以进行成骨、脂肪形成的和肌原性的区别在体外,但没有显著差异明显CD34之间的分化能力- - - - - -和CD34+亚种群(81年,83年,85年]。CD117+hDPSCs成骨的能力,发现脂肪形成的,肌原性的,和神经源性分化,coexpressing STRO-1+/ CD34+如前所述(81年,83年,85年]。第三CD117 (c - kit)是一种酪氨酸激酶受体,与干细胞因子(SCF)为配体,与角色在维持自我更新的性质提出hDPSCs [90年]。然而,CD117表达逐渐失去了在分化(82年]。
胚胎干细胞的自我更新标记,SSEA-4+hDPSCs高增殖亚种群的特征,与多功能向成骨的能力,chondrogenic,和神经性的血统,但受损脂肪形成58]。此外,减少BMI-1表达式已经具备干细胞与维护和扩展hDPSCs增殖特性,尽管导致分化潜力的潜在障碍(61年,62年]。表达式的基质细胞衍生因子(SDF) 1α受体和C-X-C趋化因子受体类型4 (cxcr CD186)进一步被确认与更大的群体形成区分hDPSCs效率比他们的趋化因子受体CXCR4和增生性和multilineage分化能力- - - - - -同行(57,91年,92年]。同样,hDPSCs按PDGFR——的表达式β证明PDGFR -β+/ c - kit+亚种群表现出增强的扩散和突出的牙原性的分化在体外,再加上增强矿化和牙本质/ pulp-like组织形成在活的有机体内(93年]。IGF1受体(IGF1R),视为多能胚胎干细胞的标志,还发现在hDPSCs表示,IGF1R+亚种群显示自我更新和multipotency潜力,特别是对神经源性和血管生成血统(94年]。同样,丰富VEGFR1的数量高接受血管生成分化hDPSCs有很强的能力在体外,生产增加血管萌芽和比VEGFR1 neovascularisation低亚种群(95年]。
3.2。标记与自我更新、增殖和抗细胞衰老
自我更新的重要性,根据积分clonogenicity,克隆形成效率,体外扩张潜力hDPSCs为再生医学的发展,许多研究已经建立了一些相关的细胞标记能够区分hDPSC亚种群与优越的自我更新和增殖能力。正如上面详细的,STRO-1+/ CD146+,CD271- - - - - -,BMI-1- - - - - -,cxcr+hDPSC亚种群已被证明具有优越比STRO-1具备干细胞克隆形成效率和性能- - - - - -/ CD146- - - - - -,CD271+,BMI-1+和趋化因子受体CXCR4- - - - - -同行(57,59,62年,64年,65年,80年,83年,91年,92年]。
hDPSC异质性的另一个重要缺点源于最初的发现,只有20%的提纯单独hDPSC亚种群能够接受> 20 pds (6- - - - - -8爆发之前),增殖的衰落和复制(telomere-dependent)衰老。这类事件极大地阻碍体外hDPSCs必要的扩张能力产生足够的细胞数量为临床使用,以进步的端粒缩短,抑制G1- s相变,永久增长被捕。这是与端粒的TTAGGG重复的损失,积极senescence-associatedβ牛乳糖染色,增加肿瘤抑制基因p53和视网膜母细胞瘤蛋白(复审委员会)和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(p21waf1和p16INK4a)基因表达96年,97年]。这些事件是公认的MSC基因型和表现型大大改变,最终导致细胞再生能力受损和破坏了当地的组织微环境信号机制,与senescence-associated相关检查参与组成分泌腺的分泌表型(SASP) [96年- - - - - -98年]。
尽管hDPSC容易复制(telomere-dependent)和氧化应激(telomere-independent)过早衰老曾被认可52,53,61年,62年,99年),许多细胞表面标记的相对表达水平与作为象征hDPSC扩散率升高和/或扩张的潜力,包括STRO-1+,CD34- - - - - -,CD90+CD105,+,CD117+CD146+,CD271- - - - - -,趋化因子受体CXCR4+PDGFR -β+/ c - kit+,IGF1R+(50,57,59,64年,65年,80年- - - - - -83年,85年,86年,89年,91年- - - - - -94年]。减少BMI-1表达hDPSCs已经证明延迟复制衰老和限制(正面senescence-associated衰老标志β牛乳糖染色和p16升高INK4a表达式)检测(62年]。
额外的研究关注了解端粒动力学基础hDPSC异质性和内在机制负责保护高度增殖hDPSC亚种群从端粒加速侵蚀。SSEA-4+hDPSCs被发现拥有更长的端粒和较高的扩散率,而SSEA-4- - - - - -亚种群(58]。最近,显著的变化体外扩张的能力个人hDPSC亚种群已经证明,与高度增殖hDPSCs能力达到> 80 pds,而低增殖hDPSCs只完成< 40 pds在衰老之前,关联与hDPSCs高增殖能力拥有更长的端粒。这导致了延迟伴随老化检测标记,如积极senescence-associatedβ牛乳糖染色和高架p53, p16INK4a,p21和waf1表达式[52]。因此,很有可能这样的高度增殖hDPSCs负责异构hDPSC人群的广泛的扩张潜力(> 120 pds)在体外,如前所述6- - - - - -8]。低增生性衰老hDPSC也与干细胞标记物的损失特点,积极CD271表达式,和成骨的受损/ chondrogenic分化、脂肪形成。相比之下,高度增殖hDPSCs展出没有CD271表达但保留具备干细胞和multipotency功能,只展示分化后长期受损在体外扩张(> 60 pds)。大多数研究只报告了微不足道的逆转录酶人类端粒酶催化亚基(hTERT)表达在hDPSCs [52,53,61年,One hundred.,101年),hTERT不太可能负责维护端粒完整性和高度增殖hDPSCs的增殖/ multipotency功能。因此,hTERT意味着其他内在机制的缺失可能导致端粒长度的差异,之间的扩散率和分化能力高、低增生性hDPSC亚种。
氧化应激是另一个突出的例子,在msc、细胞衰老相关的过度生成活性氧(ROS)的内源性酶和非酶的抗氧化防御机制,导致不加选择地氧化损伤生物分子,如DNA、蛋白质和脂质和过早衰老加速53,96年,97年,102年]。与以前的研究证实了复制衰老药物敏感性差异高和低增生性hDPSCs [52),类似的变化的相对脆弱的感情hDPSC亚种群过早衰老也被证实,之后持续暴露于氧化应激(53]。尽管所有hDPSC亚种群表现出加速药物敏感性过早衰老,高度增殖hDPSCs (CD271- - - - - -)显示大多数抗过早衰老,达到50 - 76 pds类似于未经处理的控制(> 80 pds)。相比之下,低增生性的亚种(CD271+)集体显示加速过早衰老(4-32PDs),即使在未经处理的控制。当端粒长度在很大程度上不受氧化应激影响曝光,提升过早衰老脆弱的感情在低增生性hDPSCs (2-10PDs)伴随着某些干细胞标记物的损失和增加氧化DNA (8-hydroxy-deoxy-guanosine (8-OHdG))和蛋白质(蛋白质羰基含量)损伤,没有在高度增殖hDPSCs直到45-60PDs [53]。这些发现增强低增生性脆弱的感情hDPSC群最近的氧化损伤是由单细胞拉曼光谱的研究,展示了独特的减少在核酸和蛋白质谱强度在低增生性hDPSCs,由于累积接触ROS-induced生物分子损伤(103年]。
进一步研究发现,增加超氧化物歧化酶2 (SOD2)及谷胱甘肽S-transferaseζ1 (GSTZ1)表达和SOD活动是在高度增殖hDPSCs (10-25PDs),期间拒绝文化扩张(53]。然而,低增生性hDPSCs (2-10PDs)表现出劣质SOD、过氧化氢酶和glutathione-related抗氧化剂表达式和活动。线粒体是细胞来源原则的ROS在衰老过程中,线粒体SOD2和线粒体/胞质GSTZ1可能候选人为原则保护酶抗氧化防御机制与氧化应激在高度增殖hDPSC亚种群,防止线粒体损伤和hDPSC衰老,导致增生性的扩展维护,具备干细胞,多能——和其他细胞特征52,53,62年,96年,104年- - - - - -107年]。因此,端粒长度、衰老、氧化应激和抗氧化特性可以利用预测hDPSC增殖和multipotency品质未来再生医学开发(108年]。证据越来越多新兴强调线粒体动力学、代谢、氧化应激、和功能有重大影响的表型反应hDPSCs和其他MSC的人群,如分化(109年- - - - - -111年]。事实上,细胞proliferation-inducing蛋白52 (mitofilin)是线粒体的拮抗剂激活在分化hDPSCs位于内线粒体膜,而变得枯竭在正常分化(112年]。因此,mitofilin的选择性分离+hDPSCs已被证明导致更原始细胞的隔离与分化效率。因此,更好的理解分子的概要文件,mitochondrial-related干细胞标记和形态特征hDPSC线粒体可能会进一步证明有效的选择优质hDPSC临床应用。
3.3。Multipotency或专业分化标记
具备干细胞hDPSC的另一个重要方面,这使得他们有吸引力的选项为再生医学,是他们的潜在multipotency功能(11,15,27- - - - - -29日]。因此,广泛的研究涉及个人或细胞表面标记的集合作为指示性的多功能分化特征hDPSC亚种群,包括STRO-1+/ CD146+(59,80年],c - kit+/ CD34+/ STRO-1+(50,81年- - - - - -83年),CD51+/ CD140α+(64年),CD105+(89年),CD271- - - - - -(52,53,64年,65年,83年),趋化因子受体CXCR4+(57,91年,92年],IGF1R+(94年]。同样,SSEA-4+hDPSCs拥有多功能向成骨的能力,chondrogenic和神经性血统,但受损脂肪生成(58]。然而,减少BMI-1表达式与有限hDPSC分化潜能(61年,62年]。此外,尽管不区分多功能特性,某些细胞表面标记已被归因于识别hDPSC亚种群与特定的中胚层和外胚层的分化谱系的能力。例如,STRO-1+/ c - kit+/ CD34+CD146- - - - - -,CD271+hDPSCs更倾向于神经性的承诺(83年,84年,87年,88年),而CD105+,VEGFR1高和PDGFR -β+/ c - kit+亚种群对血管生成有很强的倾向(89年,95年和牙原性的93年分别]谱系分化。因此,这种有限的谱系分化倾向可能指向更精致的迹象等亚种群在未来更具体的再生应用程序中,如神经损伤和心血管或牙齿修复,从而利用这些hDPSCs优化临床出现适合的场景。
Multipotency进一步被hDPSC揭示影响端粒长度和相对脆弱的感情复制衰老,与hDPSC亚种群较长的端粒长度和高扩散率显示tripotent成骨,chondrogenic,脂肪形成的谱系分化,与低的端粒长度,单能性的hDPSCs只表现出脂肪生成(52,58]。高和低的端粒长度hDPSCs表达CD271- - - - - -和CD271+水平,分别为(52,53),积极CD271表达较低的端粒长度hDPSC亚种群可能解释他们更多的谱系限制性能力,考虑到建立抑制在hDPSCs CD271对多能干细胞分化的影响64年,65年]。
3.4。免疫调节标记
各种hDPSC特征可能对再生医学的目的,利用特定的标记的能力选择性区分hDPSC亚种群与异常免疫调节和抗炎的效能是该地区目前最有限的(11,68年- - - - - -79年]。然而,IGF1R+hDPSCs具有免疫调节和抗炎特性,已报告在活的有机体内移植到一个啮齿动物分模型(94年]。
3.5。其他标记与再生的特点
hDPSC亚种群表达的胞内酶,醛脱氢酶- 1 (ALDH-1),与提高成骨的具备干细胞能够被发现,chondrogenic,脂肪形成的分化。这些亚种群也被immunolocalised血管周的利基和神经束的神经束膜(113年]。的相对能力hDPSC亚种群进一步通过对比是利用迁移反应gm - csf在文化、高度洄游hDPSCs也表现出改进的增殖反应和其他再生属性整体(114年,115年]。尽管大多数研究使用二维(2 d)建立了hDPSC异质性文化的方法,最近的一项研究表明,高度增殖/多功能、低增生性/单能性的hDPSCs在三维(3 d) I型胶原凝胶表现出类似凝胶收缩功能和矩阵metalloproteinase-2 (MMP-2)表达式/活动,虽然高度增殖/多功能hDPSC亚种群具有较高MMP-9表达式/活动,这可能会影响这些潜在的能力来调节细胞功能的干细胞利基和改造/ 3 d生物材料支架降解;和他们的整体(再生能力116年]。
微阵列研究Menicanin et al。117年]相比全球高度增殖的基因表达谱/多功能hDPSC克隆增生性潜在细胞克隆限制较低分化的潜力,以识别潜在的生物标记物的高度增殖的亚种群与多功能的能力。总共24个基因被确定在高度调节增殖/多功能hDPSCs与细胞周期进展,有丝分裂,细胞分裂;DNA修复和复制;基因转录;和细胞增殖和分化(表2)。最近的一项研究小林et al。80年)报告了类似的结果,揭示相关的1227个基因,多能——其中90也与具备干细胞或分化相关。基于他们的相对水平的表达,其中14 90个基因被选为候选hDPSC标记,特别是在与他们多能——具备干细胞或分化特征,在高增殖/多功能hDPSCs和低增生性谱系限制性hDPSC亚种群(表3)。因此,这样的描述hDPSC亚种群提供了一系列小说候选人具备干细胞标记基因的增加,扩散,和多能——促进他们提高隔离和浓缩的优质hDPSCs再生医学应用。
4所示。未来的展望和注意事项
虽然个人hDPSC亚种群有一定的相似之处,hDPSC异质性现在是一个成熟的概念。此外,尽管有更深入的了解复杂的分子因素和过程的支撑hDPSC异质性被Gronthos取得了因为他们的原始描述et al。6,7)和大量的传说中的标记的识别的发展,区分不同的hDPSC亚种群,许多重要的问题仍有待解决。首先,为什么不同细分市场的hDPSC亚种群内存在dentine-pulp复杂与对比immunophenotypes和增殖/分化潜力,尽管这些组织主要由成和牙髓的成纤维细胞(1,3,6,7,32,39,40,118年]。成某些hDPSC亚种群无疑会负责补充和牙髓的成纤维细胞失去了由于疾病和创伤在第三期(1,32,36- - - - - -44,119年]。然而,考虑到神经嵴的起源ectomesenchymal-derived hDPSCs,连同高度vascularised支配和牙髓组织的性质(1,26- - - - - -32),它是合理的假设其他hDPSC亚种群负责血管和神经细胞替代和识别的神经和血管周的细胞标记在牙髓(6,9,11,12,37- - - - - -44,49- - - - - -53,56,57,63年- - - - - -65年]。正如干细胞标记的识别是一个重要的先决条件,使选择性筛选、分离、纯化的hDPSC亚种群特定治疗的应用中,它仍然是合理的额外小hDPSC亚种群存在于牙髓组织尚未被孤立和探索,由于缺乏对于其内在的认识干细胞标记属性,利基位置和角色在dentine-pulp复杂。
虽然与个人相关的潜在因素的影响病人的捐助者永久齿列用作hDPSCs来源,比如他们的基因组成、年龄、性别、健康、饮食、环境和其他未知因素,基因型和表型特征的hDPSC亚种群仍然是投机和有待完全建立,这些极有可能导致hDPSC异质性的问题(19]。然而,从更广泛的角度来看,当然更多的相关问题提供重要的贡献的复杂的异构特性hDPSCs围绕发展起源、分层组织,和精确的定位位置的亚种群个体在牙髓组织,除了整个异构程度人群在牙髓组成的真正的多功能hDPSCs或一组独特的与专业承诺祖细胞谱系限制性分化能力(9,80年]。此外,尽管标准方法建立了hDPSCs的隔离和描述120年),推导的方法,细胞培养条件下,细胞周期的阶段,和增殖或承诺在隔离又可以在hDPSCs再生性能的影响因素和保证额外的考虑(19,120年]。
4.1。发展的起源
Gronthos et al。6,7)最初提出的异构本质hDPSCs可能反映了不同发展阶段或甚至可能代表不同的脾细胞谱系。从那时起,研究不同hDPSC克隆的发展潜力已经表明,一些亚种群存在于牙髓,来源于中胚层或迁徙的颅神经嵴细胞的外胚层起源(26- - - - - -29日,64年,83年]。几项研究表明,固有的位置信息可以支配神经嵴干细胞表型在组织和环境信号可以调节神经嵴细胞发育和分化命运。postmigratory神经嵴细胞只占一小部分较大的DPSC人口总体及其multipotency认为坚持在组织(27- - - - - -33),它是合理的,这样微分发展起源DPSC人口中导致其异型的性质。然而,pericyte-derived亚种群内的血管周的利基在中介组织修复反应归结主要角色在dentine-pulp [37- - - - - -44]。它也提出的相对贡献pericyte-derived在组织和骨髓间充质细胞分化nonpericyte-derived取决于多血管的程度及其生长动力学和/或修复。因此,在高多血管组织,如牙髓,外膜细胞对msc的贡献将是相当大的1,121年]。
虽然细节的性质和起源发展个人hDPSC亚种群在人类牙齿牙髓的组织在很大程度上仍然难以捉摸,已经取得了许多进步通过鼠标切牙干细胞的研究模型,被视为一个有吸引力的系统研究成人牙齿干细胞生物学(122年]。这个模型允许调查属性,不同的地点,和贡献的积极MSC亚种群的不断增长和修复牙本质和牙髓组织不断喷发切牙牙齿,在闭塞弥补组织的损失。这些不断活跃的msc可以随后区别较小活跃msc居民在磨牙,不接受成年老鼠[持续增长32,118年]。它建立了门牙msc是一个异构的人口,从不同的神经嵴细胞组成的组织,引起牙髓间充质细胞和成牙质细胞细胞,明显在人类。此外,通过开发会血统追踪,据透露,分化成源自血管周的喜欢的《忍者外传2》+在小鼠切牙周围的周增长(44,123年]。它进一步表明,所有喜欢的《忍者外传2》+血管周的细胞是来源于GLI锌指1 (GLI家庭+优先)细胞,血管周围的局部。尽管大多数Gli1+细胞在小鼠切牙不表达经典MSC标记,如CD44、CD73, CD105, CD146,或巢蛋白,Gli1+细胞被激活,以应对门牙损伤。因此,Gli1+细胞的主要来源是在切成和果肉细胞生长和修复,虽然相比之下门齿,磨牙不包含Gli1老鼠+细胞在牙髓血管,而喜欢的《忍者外传2》+存在(周围的周124年]。然而,正如血统追踪量化表示,只有15 - 16%的新分化成来自喜欢的《忍者外传2》+血管周围细胞,其他MSC-like nonpericyte起源的细胞也被证明是存在于牙髓和成的主要来源。事实上,正如某些msc可以区分从外围nerve-associated胶质细胞(125年),血统追踪的雪旺细胞作为主要的神经胶质细胞类型确认odontoblast-like细胞来源于神经嵴许旺细胞和雪旺细胞前体,从而启动修复牙质生成和支持通过牙髓细胞成雪旺细胞衍生的形成。因此,作为雪旺细胞不表达血管周的标记,周和雪旺细胞被视为不同的牙齿干细胞种群在小鼠切牙髓神经血管束地区,不同贡献体内平衡和修复。
血统追踪实验已经表明αSMA-expressing,血管周的niche-derived msc生成少量的成新成立的主要牙质生成期间,尽管他们贡献的形成新的odontoblast-like细胞在修复牙质生成更重要(126年]。进一步的研究还发现,30%的msc在不断增长的鼠标门齿展览积极CD90表达式在产后的发展过程中,尽管CD90+msc在成年数量减少(127年]。然而,成人门牙损伤后,CD90+msc再现和有助于修复过程,补充鼠标切牙髓内通过有丝分裂细胞,造血干细胞标记阳性,Celsr1+。这样的血统也发现Axin2跟踪分析+成牙质细胞层和牙髓细胞的近端地区鼠标切牙,其后代会导致牙髓细胞和成牙质细胞的数量,这意味着Axin2+细胞的细胞(tac) [127年]。同样,Axin2+细胞在小鼠磨牙分化成新的odontoblast-like通过Wnt /细胞分泌修复牙本质β连环蛋白信号以响应损伤(128年]。此外,PDGFRβ+细胞被认为是认识msc颈回路中的地区和tac小鼠切牙模型的129年),不同的MSC人口与神经与血管的利基市场(123年- - - - - -125年]。因此,标记,如喜欢的《忍者外传2》+,Gli1+,CD90+,αSMA+,Celsr1+,Axin2+和PDGFRβ+,在别人尚未确定,可能阐明类似hDPSC血管周的细分市场内的亚种群人类牙髓组织和他们的角色在dentine-pulp复杂的修复和再生。
4.2。在牙髓干细胞利基市场
人们普遍认为MSC驻留在静止状态在不同的专业领域和组织当地独有的微环境,使MSC自我更新的维护和监管,增殖,迁移,分化损伤,通过直接和信息/ cell-matrix交互和通信介导通过分泌的因素6,130年,131年]。从最初建议hDPSCs源自领域内的细胞种类subodontoblast层,牙髓间质,尤其是从血管周的地区周围的牙髓的脉管系统(32,37- - - - - -44),现在认为存在一些干细胞龛内牙髓再生特点,含有独特的多功能hDPSCs和其他支持的识别hDPSC周皮细胞各亚群和nonpericyte起源以前人类和小鼠中本地化和血统追踪研究,如上所述。然而,仍然需要进一步的研究探索还未开发的确切位置在牙髓干细胞利基市场和当地小微环境在多大程度上影响hDPSC异质性。这种活动不仅有助于理解孤立的多功能hDPSCs是否从一个高度增殖多功能人口或来自许多承诺hDPSC祖亚种群不同的血统,也协助努力开发更新颖的三维支架材料概括本机干细胞利基微环境的理化性质,从而改善调节移植hDPSC再生反应原位(132年- - - - - -134年]。
4.3。等级森严的组织
自我更新能力是hDPSCs的定义特征之一,被认为是涉及一个原始细胞分裂缓慢的母亲干细胞生成与相同的子细胞发育潜力原始干细胞对称分裂期间母亲;或母亲干细胞分裂成一个母细胞的相同副本和高度增殖TAC,拥有多功能分化能力在不对称分裂。然而,随着tac进一步分裂成更多的殖民地,他们实现一个更成熟的后代减少增殖能力和复制衰老的感应,越来越谱系限制性。因此,干细胞扩大在开发过程中保持静止状态在干细胞利基微环境稳态和参与组织修复的要求,对接触组织扰动或压力(135年,136年]。已经提出tac在产后出现牙髓的反应cavity-induced损伤和第一分化成新的odontoblast-like细胞(37]。
与msc来自其他组织一样,存在的层次结构在hDPSCs成人牙髓,一个小族群的自我更新、高度增殖的多功能干细胞居民在大舱主要少增生性和更多的承诺,bipotent或单能性的亚种群,已经提出了一些时间6,7,137年]。尽管如此,最近的发现报告hDPSC异质性肯定会支持层次模型,在这少数牙髓内的亚种群高度增殖,多功能hDPSCs,虽然大多数是低增生性、更多的谱系限制性bipotent或单能性的hDPSCs [52,53]。这些高度增殖,多功能hDPSCs被认为是负责维护干细胞池通过他们的自我更新能力和分化成不同的细胞谱系(1,6]。高度增殖、多功能与更长的端粒hDPSCs扩大体外而变得衰老,他们失去增殖能力,也变得更加谱系限制性bipotent或单能性的属性(52,53]。干细胞的不对称分裂涉及真正的母细胞形成多种不同的子细胞没有自己经历大量的细胞分裂,只有数量有限的端粒缩短发生在这些细胞,从而维持端粒长度的完整性(138年]。因此,个人高度增殖的描述/多功能、低增生性/单能性的hDPSC亚种群与端粒长度对比资料可以让人们相信存在层次安排在hDPSCs驻留在牙髓。
差异基因表达谱之间的高度增殖/多功能hDPSC亚种群及其低增生性bipotent或单能性的同行也反映了这些不同实体内部的分层组织,这些基因与关键反应,如细胞周期进展,有丝分裂,细胞分裂;DNA修复和复制;细胞增殖;具备干细胞;和分化,一般是确定调节高度增殖/多功能hDPSCs,后面会导致上级具备干细胞保留,增殖,分化和低增生性特点,bipotent /单能性的同行(表2和3)[80年,117年]。因此,hDPSC异质性可以确定通过独特的基因表达和细胞周期的功能和频率转换。
核苷标签和血统跟踪研究使用鼠标切牙干细胞模型(32,118年,122年]利用静止之间的差异/ slow-cycling (label-retaining)细胞和快骑车细胞(tac),调查组织的位置快速骑自行车和slow-cycling细胞。使用这种方法,TAC表达复杂与polycomb压制性相关的基因1 (Prc1),如Ring1a (Ring1)和Ring1b (Rnf2),已被确认为最迅速骑自行车在小鼠切牙髓细胞,位于立即远slow-cycling msc和至关重要的调节通过Wnt / TAC表型β连环蛋白信号(139年]。此外,Gli1+细胞位于神经束提供绝大多数在切成和浆细胞生长和修复已报告与slow-cycling colocalise细胞在牙髓(124年]。CD90+slow-cycling细胞被阐明DPSCs造成成和浆细胞的整个生命周期中鼠标切牙和负责切成长125年]。然而,CD90+成DPSCs仅为一小部分和浆细胞,关联CD90的比例+slow-cycling细胞。额外的研究发现,大约一半的成髓细胞和小鼠切牙模型glial-derived,位于人口与nonglial-derived slow-cycling细胞,外膜细胞数量可能导致其余[125年]。因此,目前的证据表明,快骑车细胞占细胞补充维持组织内稳态,而静止/ slow-cycling细胞作为“水库”开始供应tac,在组织损伤(127年,140年]。然而,相比之下hDPSC生物学作为一个整体,更强调针对了解他们的tac,尽管他们在修复和再生反应积分作用在dentine-pulp复杂。
4.4。分离、纯化、人物塑造和文化
协议的程序隔离、净化、人物塑造、文化hDPSCs的(9,11,19,120年,141年- - - - - -143年]。然而,尽管收获的各种各样的方法报道hDPSCs从牙髓组织整体实现这样的目标,这些不克服一些当前的挑战依然存在,在解决问题方面的一致的隔离和浓缩hDPSCs具备干细胞与增强,增生性,和多功能分化特征;特别是,因此hDPSCs被视为次要的人群牙齿牙髓的环境(1,6,7,52,53,137年]。因此,小说的发展策略,允许标准筛选,收集和扩张尤其高效hDPSC亚种群从牙髓组织肯定会会议相关的现有不足的关键hDPSC异质性。
技术的进步,大多数利用具备干细胞与hDPSCs增强相关的分子特征,增殖,和多功能分化特性,如上所述。其中,微分间叶细胞,胚胎神经嵴细胞表面标记之间的资料报道hDPSC亚种群迄今最广泛的利用,特别是使用抗体分子的基于技术,比如fluorescence-activated细胞排序(流式细胞仪),magnetic-activated细胞排序(mac),或实时定量逆转录聚合酶链反应(存在)11,51,52,55,56]。然而,尽管大量的细胞表面标记识别,不确定性这类标记是否与未分化的祖hDPSCs状态相关联的具体或即使这些标记实际上是MSC具体,或特定的标记是否更有用的识别不同的hDPSC亚种群单独或与其他coexpressed标记。说,甚至涉及多个干细胞标记物的研究已经证明了挑战,很难区分是否hDPSC种群在彼此互相排斥,如果亚种群的特征表达特定的细胞表面标记不同其他亚种群coexpress相同的标记与额外的表面标记。此外,大多数研究都有一个共同的限制小样本量的捐助者hDPSCs收获,还有待建立hDPSC分子资料是否代表在更广泛的人口或donor-donor变异的结果。替代方案解决的一些问题关于细胞表面标记的使用包括新细胞表面蛋白质组的识别标记hDPSCs隔绝单一捐赠者,使用label-free质谱(56]。101 CD标记和286 non-CD细胞表面标记,其中包括肿瘤坏死因子受体超家族蛋白(CD40、CD120a CD261, CD262, CD264,和CD266),整合蛋白(α4,α6,α-10)和IL受体(CD121a, CD130, CD213a1、CD217 CDw210b),可用于hDPSCs的更精确的识别和隔离。同样,multiparametric流式细胞术最近报道允许几个细胞表面分子的检测,来描述和识别的表型异构hDPSC亚种群,两者兼而有之在体外和在活的有机体内(144年]。细胞表面等离子体膜hDPSCs进一步创新研究的重点,旨在丰富,分离,并确定假定的膜蛋白标记通过质谱分析,如CD9、CD10 (neprilysin)和CD63,新方法的描述和分析这可能是利用hDPSC亚种群在未来145年]。
基因表达谱的比较高度增殖/多功能hDPSC与低增生性谱系限制性hDPSCs导致发现的潜在基因型的标记基因的高度多功能hDPSCs选择性分离和净化再生医学应用(表2和3)[80年,117年]。这些开创性的微阵列研究相比,蛋白质组学分析比较高度增殖/多功能hDPSC与低增生性的谱系限制性hDPSCs相比已经少得多(146年,147年]。然而,在研究涉及低数量的克隆获得来自多个捐助者、基因表达和蛋白质组差异中克隆分离从多个捐助者可能并不能真正反映基因型和表型差异高度增殖/多功能、低增生性/谱系限制性hDPSCs,而是捐赠者的遗传背景(80年]。因此,基因表达和蛋白质组分析应该执行patient-matched、高度增殖/多功能hDPSCs和低增生性谱系限制性hDPSCs个人捐赠者隔绝,从而消除捐赠者变异的影响。
替代和更大的理解hDPSC亚种群在牙髓可以获得利用单细胞RNA序列(scRNA-seq),它允许成千上万的单个细胞的转录组分析和广泛应用于干细胞生物学MSC异质性的分析和提供特定的标记细胞集群、预测细胞命运的轨迹,了解不同细胞类型之间的差异或失调,阶段,或地位,并提供适应症血统跟踪研究(148年,149年]。这样复杂的方法可以通过DNA的结合,进一步扩大RNA,蛋白质,和/或外遗传性分析,允许单个细胞的高维解剖,这对于了解分子途径的调节提供了很大的潜能。scRNA-seq,加上血统追踪研究,现在已经使用小鼠模型执行,进一步强调了不同性质的DPSCs在发展中牙(150年]。附加报告利用scRNA-seq证实了牙髓内的高水平的MSC异质性复杂,存在一个活跃的池的DPSCs负责原则mesenchymal-derived细胞类型的形成,成和远端/顶端牙髓细胞,产生连续的瞬态细胞状态(151年]。牙髓的顶端区域还包含活跃progenitor-like细胞前体stromal-like细胞亚群。这样的研究结果进一步验证了人类智慧的牙齿,它继续增长,直到在以后的生活中。相比的摩尔hDPSC亚种群内DPSCs鼠标切牙髓,无法成长中的hDPSCs人类牙齿优先表现出更成熟的细胞的转录状态与远端髓,而日益增长的人类牙齿拥有更apical-like转录组配置文件(151年]。因此,看来不生长的牙齿特别的特点是一个默认的远端pulp-like状态,同时apical-like状态是一个标志性的牙科组织。存在DPSC亚种群和静止/顶端齿内细胞群的活跃区域支持类似scRNA-seq研究涉及鼠标切模型,确定Runx2的族群+/ Gli1+细胞内异构Gli1+人口(152年]。这些Runx2+/ Gli1+细胞不是MSC在自然但位于靠近MSC和TAC,他们保持MSC利基和调节TAC功能,通过IGF信号。这些研究进一步证实了小说Foxd1的发生+DPSC族群在顶端区域附近的上皮唇颈环,这些能够区分对牙原性的或牙髓的血统150年,151年]。
高度增殖/多功能hDPSCs少数亚种群在牙髓组织,非侵入性的发展策略能够成功地识别hDPSC的亚种之间对比增殖和分化能力原位将非常有利于选择性筛选和隔离更可取的hDPSCs吗在体外评估和治疗的发展。因此,单细胞拉曼光谱签名获得高度增殖/多功能、低增生性谱系限制性hDPSCs已经被证明是一个切实可行的非侵入性工具的快速筛查和隔离优质hDPSCs从牙髓组织原位围绕着hDPSC异质性,从而克服问题[103年]。
5。影响我们理解的进步hDPSC异质性
不可否认,我们理解分子基础的底层hDPSC异质性近年来有明显改善。虽然hDPSC异质性阻碍了他们的发展为临床应用,需要更好地理解他们的分子特征导致了识别各种各样的新颖的细胞表面,基因、蛋白质和代谢标记,据说可靠区分hDPSC与对比具备干细胞亚种群,增殖,多能——免疫调节、抗炎和其他相关的再生能力。重要的是,考虑到hDPSCs仅构成一个小的一部分细胞在牙髓的整体内容,识别和后续的分离和浓缩的高度增殖、多功能hDPSCs作为更小的少数亚种群在牙髓内成为一个更大的挑战。的广泛体外需要获得足够的细胞数量扩张成功MSC-based疗法发展(22,23)、高度增殖hDPSC亚种群扩展具备干细胞增殖寿命保留和multipotency功能可以被视为理想的候选人的进展体外实验室评价和转化发展再生medicine-based治疗广泛的临床应用。说,有人建议,较小的增生性hDPSC亚种群可能是适合发展的更专业的组织,符合他们的限制特定的谱系分化潜力,从而加快其可能的剪裁更具体的再生的目的。
通过识别新的潜在标记区分hDPSC亚种群与特定或优越的特点,这些无疑会导致小说的发展进步筛选、分离、纯化策略,允许程序和有效的识别、充实和扩大特定hDPSC亚种群从全牙髓组织再生医学应用。然而,尽管这些最近的进步,许多hDPSC生物学的重要方面仍然没有答案,大大影响他们的发展细胞疗法。例如,尽管细胞表面蛋白被广泛视为可行的标记来区分hDPSC亚种群,限制在他们的特异性突出进一步的要求识别标记,特别是那些能够区分高度增殖/多功能、低增生性/谱系限制性hDPSCs。许多标记被确定在基因表达分析研究[80年,117年),更广泛的研究的资料高度增殖/多功能、低增生性谱系限制性hDPSC亚种群使用不同的基因组和蛋白质组技术值得进一步调查。然而,这样的研究将会从中受益的大群病人捐助者,确认最可靠的基因,蛋白质,或代谢标记识别和折扣供体遗传变异的影响。
hDPSC异质性背后的原因仍有待建立,尽管发展起源、分层组织,和干细胞利基的位置hDPSC种群在强大贡献的因素在多大程度上异构的终极问题hDPSC人群牙髓内来自真正的多功能hDPSCs或许多不同定型细胞亚种群表现出更专业的谱系限制性分化能力(9,80年]。尽管如此,存在层次模型支持最近报道,少数人类牙髓内亚种群高度增殖、多功能hDPSCs,虽然大多数是低增生性、更多的谱系限制性bipotent或单能性的hDPSCs [6,7,52,53,137年,138年),进一步支持快速的发现自行车tac和slow-cycling细胞相关的层次结构,在鼠标切牙干细胞模型(32,44,118年,122年- - - - - -129年,139年,140年]。这样的研究进一步证实了著名的DPSC亚种群内神经和血管周的利基位置与小鼠切牙髓神经束,与对比的角色在组织内稳态和修复(32,44,118年,122年- - - - - -129年,139年,140年),帮助证实存在pericyte-derived hDPSC亚种群在人牙髓血管周的利基(37- - - - - -44]。
这是毫无疑问的转基因小鼠模型的开发研究干细胞门牙修复,加上技术进步在天堂追踪和scRNA-seq [32,44,118年,122年- - - - - -129年,139年,140年,148年- - - - - -152年),帮助洞察DPSC分组人口异质性在小鼠切牙模型中,通过识别特定的细胞类型,状态和功能。现有的这些技术的缺点是目前使用广泛的表达水平之间的基因标记神经嵴细胞和DPSC亚种。此外,因为大多数血统追踪实验的牙髓细胞仅仅是使用鼠标切执行修复模型,一个关键问题是对此类研究的相对适用性不生长磨牙在老鼠模型中,除了比较结果是否会明显在人类的门齿和臼齿。事实上,物种变异的细胞亚型和转录资料参与牙自我更新最近强调不断喷发小鼠切牙和nonerupting臼齿之间,除了人类成长和成熟的牙齿(151年]。然而,最近其他报道利用scRNA-seq技术地图转录景观的各种细胞群组成人类牙齿,包括hDPSCs和牙髓内的其他细胞类型和他们的利基微环境(153年]。利用这种方法,hDPSCs高出的特点是其表达Frizzled-related蛋白质(FRZB),切口受体3 (NOTCH3), CD90 (THY1)和平滑肌肌球蛋白重链11 (MYH11),符合他们的MSC和血管周的自然。此外,尽管先前的道德问题围绕血统可能使用的跟踪实验在人类身上,最近的发展也证明了现在可以跟踪人类细胞谱系中使用自然变化核/线粒体DNA和DNA甲基化状态(154年,155年]。因此,尽管进一步描述研究神经嵴细胞的多样性和鼠标DPSC亚种在活的有机体内都是合理的,这样的组合血统追踪和scRNA-seq hDPSCs人类牙髓组织的分析可以让我们最后解决剩下的问题限制平动hDPSCs未来临床应用的发展,通过更好的理解细胞和分子机制调节牙齿发育,体内平衡,和组织修复,相关改善在未来再生疗法。
6。最终结论
这是不可避免的,hDPSC异质性提出了主要障碍转化开发和评估在临床试验中。认识到,事实上,它只是一个有限数量的hDPSC-based临床试验发生到目前为止,由于担心隔离和文化扩张的优化协议、安全、机制的行动,良好生产规范(GMP)和质量控制程序和法规(16,19,120年,156年,157年]。因此,通过解决这些遗留问题和利用他们的特定属性的整体,利用特定的标记的歧视更理想的高度增殖/多功能hDPSC亚种群可能成为常规策略为他们的将来选择性分离和净化。这样的创新措施最终将帮助他们全面扩张,评估和有效hDPSC制造、低温贮藏,和银行9,12,16,18,156年,158年),从而支持更有效的成功转化开发hDPSC-based再生治疗范围广泛的潜在的牙科和nondental临床应用。
缩写
| 2 d: | 二维 |
| 3 d: | 三维 |
| 8-OHdG: | 8-Hydroxy-deoxy-guanosine |
| αsma: | α光滑的肌肉肌动蛋白 |
| ALDH-1: | 醛脱氢酶- 1 |
| 骨形态发生蛋白: | 骨形成蛋白 |
| CFU-F: | 成纤维细胞的克隆形成单位 |
| cxcr: | C-X-C趋化因子受体类型4 |
| DMP-1: | 牙本质基质蛋白1 |
| DSPP: | 牙质sialophosphoprotein |
| 呃: | 内质网 |
| 流式细胞仪: | Fluorescence-activated细胞分类 |
| FasL: | Fas配体 |
| FRZB: | Frizzled-related蛋白质 |
| GFAP: | 胶质原纤维酸性蛋白 |
| Gli1: | GLI家庭锌指1 |
| gm - csf: | 集落刺激因子 |
| GMP: | 良好生产规范 |
| GSTZ1: | 谷胱甘肽S-transferaseζ1 |
| hDPSC: | 人类牙髓干细胞/基质细胞 |
| HGF: | 肝细胞生长因子 |
| HLA: | 人类白细胞抗原 |
| hTERT: | 人类端粒酶催化亚基 |
| 我: | 吲哚胺2,3-dioxygenase |
| IGF1R: | IGF1受体 |
| IGF-2: | 胰岛素样生长因子2 |
| IL: | 白介素 |
| ISCT: | 国际社会的细胞和基因治疗 |
| LANGFR: | 低亲和力神经生长因子受体 |
| LPL: | 脂蛋白脂肪酶 |
| 马伯: | 单克隆抗体 |
| mac: | Magnetic-activated细胞分类 |
| MAP-2: | Microtubule-associated蛋白2 |
| MHC: | 主要组织相容性复合体 |
| MMP的: | 基质金属蛋白酶 |
| 硕士: | 间充质干细胞/基质细胞 |
| MYH11: | 平滑肌肌球蛋白重链11 |
| NFκΒ: | 核转录因子κΒ |
| 喜欢的《忍者外传2》: | Neuron-glial抗原2 |
| NOTCH3: | 切口受体3 |
| OCT4: | Octamer-binding转录4 |
| PDGFR -β: | 血小板源生长因子受体-β |
| PDs: | 人口倍增 |
| PPARγ: | 过氧物酶体proliferator-activated受体γ |
| 复审委员会: | 视网膜母细胞瘤蛋白 |
| Prc1: | Polycomb压制复杂1 |
| 存在: | 定量逆转录聚合酶链反应 |
| ROS: | 活性氧 |
| RUNX2: | Runt-related转录因子2 |
| SASP: | Senescence-associated分泌表型 |
| 自洽场: | 干细胞因子 |
| scRNA-seq: | 单细胞RNA序列 |
| SDF-1α: | 基质细胞衍生因子- 1α |
| 袜: | SRY基因-性别决定地区(Y)的盒子 |
| SOD2: | 超氧化物歧化酶2 |
| SSEA-4: | Stage-specific胚胎antigen-4 |
| STRO: | 间质前体抗原 |
| TAC: | 的细胞 |
| TGF -β1: | 转化生长因子-β1 |
| Th17: | 辅助17 |
| TLR: | toll样受体 |
| 肿瘤坏死因子-α: | 肿瘤坏死因子-α |
| VEGF: | 血管内皮生长因子 |
| VEGFR: | 血管内皮生长因子受体。 |
数据可用性
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信息披露
提交的手稿在很大程度上是基于合著者Nadia Alaidaroos博士和博士论文的BDS项目论文的合著者子角。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
子y角和Nadia Y.A. Alaidaroos共同第一作者。
确认
本研究支持了博士奖学金授予博士Nadia Y.A. Alaidaroos国防部,总局军队医疗服务,沙特阿拉伯。