Cadaveric bone marrow transplantation: effects of hypoxia and metabolic starvation on mouse hematopoietic stem cells

Abstract

Objectives: Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) is a widely used method for treatment of hematological disorders and some other diseases. However, sometimes a suitable donor of hematopoietic stem cells (HSC) is not found for a patient. Because HSC have been described as cells with low proliferative and metabolic activity, their tolerance to the lack of oxygen or metabolic substrates may be assumed. In this study, we explored cadaveric bone marrow as an alternative source of HSC for HSCT, using a mouse experimental model. In addition, the effect of in vitro metabolic inhibition and short-term in vitro storage (1 - 4 days) on functional properties of mouse HSC was investigated. Methods: C57Bl/6 mice (wild-type or p53-/- ) were used in the experiments. To explore cadaveric HSC, bone marrow (BM) was left in intact femurs at 37řC, 20řC and 4řC under the conditions of ischemia. The bone marrow cells were harvested after defined time periods ranging 0 - 48 hours. For metabolic inhibition, the electron transport chain inhibitor potassium cyanide (KCN) and inhibitor of glycolysis 2-deoxy-D-glucose (2-DG) were used in vitro. To determine the impact of ischemia, metabolic inhibition, or in vitro storage on transplantability of HSC, the competitive repopulation assay using Ly5.1/Ly5.2 congenic model...

Východisko: Transplantace krvetvorných kmenových buněk slouží k léčbě poruch krvetvorby, autoimunitních chorob i některých nehematologických onemocnění. Ne pro všechny pacienty se však podaří nalézt vhodného dárce krvetvorných kmenových buněk (HSC). Protože HSC vykazují nízkou proliferační a metabolickou aktivitu, lze u nich přepokládat odolnost vůči nedostatku kyslíku a metabolických substrátů, který nastává při ischemii, např. v kadaverózní kostní dřeni. Cílem této práce bylo pomocí experimentálního myšího modelu ověřit možnost odběru HSC z kadaverózní kostní dřeně. Navíc byla testována tolerance HSC k inhibitorům metabolismu a k uchovávání in vitro. Metody: V experimentech byl použit modelový organismus Mus musculus C57Bl/6 ("wild- type" a p53 knock-out). Kostní dřeň byla po určitou dobu (0 až 48 hod) ponechána v uzavřených femurech dárců při teplotě 37řC, 20řC nebo 4řC v podmínkách ischemie, nebo byla ihned odebrána a buňky byly vystaveny inhibitoru dýchacího řetězce kyanidu draselnému či inhibitoru glykolýzy 2-deoxy-D-glukose, příp. pouze skladovány in vitro. Vliv ischemie, metabolických inhibitorů a skladování in vitro na transplantabilitu HSC byl studován na myším kongenním modelu Ly5.1/Ly5.2 metodou kompetitivní repopulace. Poměry živých, apoptotických a mrtvých buněk v subpopulacích kostní...