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Xiaoning Qiu, Zhuozhuo Feng, Gang Liu, Rong Miao, Xinzhi Tan, Junming Tao, Baohua Yang, Wei Jing
Antecedentes: Actualmente, las células madre mesenquimales de médula ósea (CMME) se utilizan comúnmente como células inóculas para el tratamiento de defectos óseos o pseudoartrosis. Sin embargo, su eficacia en la regeneración ósea es limitada debido al debilitamiento severo o la muerte celular que ocurre tras el trasplante al cultivarse in vitro. Esta discrepancia se atribuye a las diferencias en los entornos celulares entre las condiciones in vitro e in vivo. Por lo tanto, el objetivo de nuestro estudio es desarrollar un método eficaz para la preparación de CMME con una sólida capacidad de supervivencia y osteogénesis mediante una combinación de preacondicionamiento hipóxico y cultivo tridimensional (3D) específicamente para la terapia celular con CMME. Métodos: Las CMME primarias se sometieron a diversos tratamientos de preacondicionamiento hipóxico, incluyendo hipoxia sostenida, hipoxia intermitente y normoxia sostenida. Se utilizó la técnica de gotas colgantes para generar microesferas 3D. Se utilizaron el ensayo CCK8, el ensayo de determinación de apoptosis y la tinción de células vivas-muertas para evaluar el potencial de proliferación y supervivencia de las CMME. Se realizaron tinciones con fosfatasa alcalina, rojo de alizarina y proteínas relacionadas con osteogénesis para evaluar la capacidad de diferenciación osteogénica de las BMSC. Resultados: Las BMSC mostraron mayor proliferación y supervivencia tras preacondicionamiento hipóxico intermitente y cultivo tridimensional. Además, las células cultivadas en preacondicionamiento hipóxico intermitente y cultivo tridimensional mostraron menor apoptosis y mayor capacidad de diferenciación osteogénica, actividad de fosfatasa alcalina, contenido de calcio celular y expresión de moléculas relacionadas con osteogénesis que las cultivadas en condiciones convencionales. Conclusiones: El potencial de aplicación de las células madre en la regeneración ósea puede mejorarse significativamente sometiendo a las BMSC a preacondicionamiento hipóxico intermitente y cultivo tridimensional de esferoides en etapas específicas. Estos tratamientos promueven la proliferación, supervivencia y potencial de diferenciación osteogénica de las BMSC, lo que mejora su capacidad para favorecer el crecimiento y la regeneración ósea.
Background: Currently, bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) are commonly utilized as seed cells for the treatment of bone defects or nonunion. However, their efficacy in bone regeneration is limited due to the severe weakening or cell death that occurs after transplantation into the body when cultured in vitro. This discrepancy is attributed to differences in the cellular living environments between in vitro and in vivo conditions. Thus, the objective of our study is to develop a proficient method for preparing BMSCs with robust survival and osteogenesis ability through a combination of hypoxic preconditioning and three-dimensional (3D) culture specifically for BMSC-based cell therapy. Methods: The primary BMSCs underwent varied hypoxic preconditioning treatments including sustained hypoxia, intermittent hypoxia, and sustained normoxia. The hanging drops technique was carried out to generate 3D microspheres. CCK8 assay, apoptosis determination assay, and live-dead staining were used to evaluate the proliferation and survival potential of BMSCs. Alkaline phosphatase, alizarin red staining, and osteogenic-related proteins were performed to assess the osteogenic differentiation abilities of BMSCs. Results: BMSCs showed stronger proliferation and survival abilities after intermittent hypoxic preconditioning and 3D culture. Moreover, cells cultured in the intermittent hypoxic preconditioning and 3D culture exhibited less apoptosis and higher osteogenic differentiation abilities, alkaline phosphatase activity, cell calcium content, and expression of osteogenic-related molecules than those cultured under conventional condition. Conclusions: The application potential of seed cells in bone regeneration can be significantly improved by subjecting BMSCs to intermittent hypoxic preconditioning and 3D spheroid culture at specific stages. These treatments promote the proliferation, survival, and osteogenic differentiation potential of BMSCs, which enhances their ability to support bone growth and regeneration.
