Targeted differentiation and transdifferentiation of stem cells and their therapeutic application

Abstract

Mesenchymal stem cells (MSCs) naturally differentiate into cells of tissues of mesodermal lineage: cartilage, bone or adipose tissue. As a result of specific environmental stimuli, MSC are able to transdifferentiate into cells of endodermal or ectodermal lineage. Also, MSCs are able to regulate the inflammatory processes and to support healing and regeneration. These properties make MSCs suitable in cell-based therapy and tissue engineering. Characteristics of MSCs (for example differentiation and proliferative potential and cytokine secretion profile) can vary slightly depending on their origin. These differences can be further amplified by the effects of specific environments. Thus, to obtain maximal benefit, it is important to select MSCs optimal for a particular environment. The main goal of this thesis was to design in vitro protocol for transdifferentiation of MSCs into neuron-like cells. For this application, the adipose tissue-derived MSCs seemed to be optimal, due to their higher production of basic fibroblast growth factor, one of the important factors in neural development. The resulting cells acquired typical neuron-like morphology, expressed genes for neuron-specific markers and produced neuron-specific proteins. Further, the resulting cells showed immunomodulatory properties similar...

Mesenchymální kmenové buňky (MSC) přirozeně vytváří a regenerují mezodermální tkáně, jako je chrupavka, kost nebo tuková tkáň. Vlivem specifických podnětů z okolního prostředí jsou však do určité míry schopny transdiferencovat do endodermálních či ektodemálních typů buněk. Kromě toho mají schopnost regulovat zánětlivé procesy a přispívat k hojení a regeneraci. Jsou tedy vhodným nástrojem pro buněčnou terapii a tkáňové inženýrství. Vlastnosti MSC se liší v závislosti na tom, z jaké tkáně pocházejí, zejména pak jejich diferenciační a proliferační potenciál a spektrum sekretovaných cytokinů. Tyto odlišnosti mohou být dále zvýrazněny specifickými nároky prostředí, v němž mají MSC působit. Proto je vhodné optimalizovat v závislosti na prostředí výběr MSC tak, aby byl maximalizován jejich přínos. Hlavním úkolem této práce bylo vyvinout in vitro protokol pro transdiferenciaci MSC do buněk podobných neuronům. V tomto případě se nejlépe osvědčily MSC získané z tukové tkáně, což může být zdůvodněno jejich vyšší schopností produkce bazického fibroblastového růstového faktoru, klíčového činitele ve vývoji nervového systému. Výsledné buňky podobné neuronům vykazovaly typickou neuronální morfologii, exprimovaly geny pro neuronální markery a produkovaly proteiny kódované těmito geny. Zároveň vykazovaly...