Zahnmedizinisches mesenchymales Stammzellsekretom: Ein faszinierender Ansatz für Neuroprotektion und Neuroregeneration, Teil 4

3.3. Sekretom der Stammzellen des parodontalen Bandes

CM, das aus PDLSCs von Patienten mit schubförmig remittierender Multipler Sklerose (RR-MS) gewonnen wurde, zeigte entzündungshemmende und antiapoptotische Wirkungen in Motoneuronen von NSC-34-Mäusen, die mit dem Medium von LPS-behandelten RAW 264.7-Makrophagen stimuliert wurden.

Multiple Sklerose (MS) ist eine Autoimmunerkrankung des Nervensystems, deren Prävalenz von Jahr zu Jahr zunimmt. Es kann die Funktion des Gehirns und des Rückenmarks schädigen, wie z. B. Taubheitsgefühl in den Gliedmaßen, Muskelschwäche, verschwommenes Sehen usw. Studien haben jedoch gezeigt, dass MS-Patienten durch aktives Selbstmanagement und Rehabilitationstraining ihre kognitiven Fähigkeiten und ihr Gedächtnis aufrechterhalten können Fähigkeiten in vielen Bereichen.

Eine der häufigsten Ängste bei der Diagnose MS sind kognitive Probleme und Gedächtnisprobleme. Obwohl dies eines der Risiken von MS-Patienten ist, wird nicht jeder Patient im wirklichen Leben unter diesem Problem leiden. Die meisten MS-Patienten können ein gewisses Maß an kognitiven Fähigkeiten und Gedächtnisfähigkeiten aufrechterhalten, und es gibt Möglichkeiten, ihre Gehirnfähigkeiten zu stärken.

Eine Studie zeigte, dass MS-Patienten ihr Gedächtnis durch regelmäßige mentale und kognitive Übungen verbessern können. Durch die Bereitstellung von Kursen mit praktischen Experimenten, Spielen und Lebenskompetenzübungen für MS-Patienten fanden Forscher heraus, dass diese Übungen das Gedächtnis von MS-Patienten effektiv verbessern können. Zu diesen Übungsprogrammen gehören visuelle und auditive Gedächtnistests, mathematische Aufgaben, Rätselspiele, Reaktionszeittests usw.

Darüber hinaus können MS-Patienten auch an anderen Formen des Rehabilitationstrainings teilnehmen, beispielsweise am Promotion Rehabilitation Program (PRP) und der Gehirnbewegungstherapie. Diese Sitzungen können Patienten dabei helfen, Muskelspastik und -brüchigkeit zu reduzieren, das Gleichgewicht und die motorischen Fähigkeiten zu verbessern sowie die Unabhängigkeit und den Komfort im täglichen Leben zu erhöhen. Dieses Rehabilitationstraining fördert die körperliche und geistige Heilung durch verschiedene Methoden wie Biofeedback, Yoga, Massage und Physiotherapie.

Schließlich können Menschen mit MS auch bestimmte Lebensstilpraktiken übernehmen, um eine gesunde Gehirnfunktion aufrechtzuerhalten. Dazu gehören ausreichend Schlaf, die Vermeidung von Stress, eine ausgewogene Ernährung, moderate Bewegung und ein gutes soziales Leben. Diese Maßnahmen können Menschen mit MS dabei helfen, Stress und Müdigkeit abzubauen, die Immunität zu stärken und ihren Körper und Geist weiter zu schützen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Menschen mit MS ihre Gehirnfunktion und ihr Gedächtnis durch aktive und kontinuierliche Behandlung, Rehabilitationstraining und einen guten Lebensstil verbessern können. Obwohl das Leben mit MS eine Herausforderung sein kann, kann jeder mit den richtigen Maßnahmen diese Krankheit überwinden und weiterhin die vielen schönen Dinge genießen, die das Leben zu bieten hat. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche auch das Gleichgewicht von Neurotransmittern regulieren kann, beispielsweise durch die Erhöhung des Acetylcholinspiegels und der Wachstumsfaktoren, die für das Gedächtnis und das Lernen sehr wichtig sind. Darüber hinaus kann Cistanche deserticola die Durchblutung verbessern und die Sauerstoffversorgung fördern, wodurch sichergestellt werden kann, dass das Gehirn ausreichend Nährstoffe und Energie erhält, wodurch die Vitalität und Ausdauer des Gehirns verbessert werden.

Klicken Sie auf 10 Möglichkeiten, das Gedächtnis zu verbessern

Tatsächlich reduzierte die CM-Behandlung die TLR4- und NF-κB-Spiegel sowie proinflammatorische Zytokine. Im Gegenteil, IL-10 stieg in Verbindung mit neuroprotektiven Markern wie Nestin, Neurofilament 70, NGF und GAP43. Interessanterweise sind die neuroprotektiven Wirkungen von Elektrofahrzeugen möglicherweise auf ihren Gehalt an IL-10 und TGF- zurückzuführen [93].

Die Auswirkungen von PDLSCs-CM, die von gesunden Spendern und RR-MS-Patienten erhalten wurden, wurden auch in Phorbol-12-Myristat-13-acetat (PMA) differenziertem THP-1, das als Modell für Mikroglia verwendet wurde, und in untersucht undifferenzierte und differenzierte MO3.13-Zellen, die als Modelle für Vorläuferzellen bzw. Oligodendrozyten verwendet und mit Porphyromonas gingivalisLPS behandelt wurden.

Die Behandlung mit beiden CMs reduzierte den LPS-induzierten Anstieg der TNF-, IL-1- und IL-6-Spiegel und reduzierte TLR-4 in THP-1-Zellen [94].PDLSCs- CM und gereinigte EXOs/MVs (PDLSCs-EMVs), die von RR-MS-Patienten und gesunden Spendern gewonnen wurden, übten bei EAE-Mäusen eine schützende Wirkung aus.

Insbesondere PDLSCs-CM und PDLSCs-EMVs verbesserten die Krankheitswerte und stellten die Gewebeintegrität und Remyelinisierung im Rückenmark wieder her. PDLSCs-CM und PDLSCs-EMVs übten entzündungshemmende Wirkungen sowohl im Rückenmark als auch in der Milz aus, wie durch die Reduzierung proinflammatorischer Zytokine und die Induktion von IL-10 gezeigt wurde.

Parallel dazu wurde auch die Apoptose gehemmt. Die entzündungshemmende Wirkung von CM oder EMVs könnte auf das Vorhandensein der immunmodulatorischen Zytokine IL-10 und TGF- zurückzuführen sein [95].

Darüber hinaus hemmten PDLSCs-CM und EMVs, die von RR-MS-Patienten erhalten wurden, die NALP3-Inflammasom-Aktivierung und reduzierten die TLR-4- und NF-κB-Spiegel in EAE-Mäusen. Die im CM enthaltenen immunmodulatorischen Faktoren IL-10, TGF- und SDF-1 sind möglicherweise für die immunsuppressive Rolle von PDLSCs-CM und EMVs bei EAE verantwortlich [96].

Interessanterweise war CM aus PDLSCs, die unter hypoxischen Bedingungen kultiviert wurden, wirksam bei der Verbesserung der klinischen und histologischen Krankheitswerte bei EAE-Mäusen. Insbesondere reduzierte diese Behandlung die Infiltration entzündlicher Zellen und erhöhte die Remyelinisierung im Rückenmark.

Insbesondere erhöhte die hypoxische CM-Verabreichung das entzündungshemmende Zytokin IL-37 in Verbindung mit der Reduzierung proinflammatorischer Zytokine. Darüber hinaus wurden auch oxidativer Stress und Apoptose gehemmt, während BDNF anstieg.

Die CM-Behandlung konnte auch die Autophagie durch die Aktivierung des PI3K/Akt/mTOR-Signalwegs regulieren. Darüber hinaus konnte das Hypoxie-CM bei in vitro-Kratzverletzungen exponierten NSC-34-Motoneuronen Entzündungen, oxidativen Stress und Apoptose modulieren.

Interessanterweise enthielt Hypoxie-CM NT-3, IL-10 und TGF-, was seine neuroprotektiven Wirkungen erklären könnte [97]. Eine Übersicht über die in diesem Absatz vorgestellten Studien ist in Tabelle 4 verfügbar.

CM, konditioniertes Medium; EAE, experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis; EMVs, EXOs/MVs; EXOs, Exosomen; IL, Interleukin; MCP, Monozyten-Chemoattraktivprotein; MIP, Macrophage Inflammatory Protein; MVs,Mikrovesikel; NF-κB, Nuclear Factor Kappa-Light-Chain-Enhancer aktivierter B-Zellen; NT, Neurotrophin; PMA,Phorbol 12-myristat 13-acetat; PDLSCs, parodontale Bandstammzellen; RR-MS, schubförmig remittierende Multiple Sklerose; SDF-1, von Stromazellen abgeleiteter Faktor 1; TGF, transformierender Wachstumsfaktor; TLR, Toll-like-Rezeptor; TNF, Tumornekrosefaktor; ↑, Steigerung/Verbesserungen; ↓, Reduktion.

3.4. Andere aus der Zahnmedizin stammende MSCs

Die neuroprotektiven Wirkungen von CM, die durch GMSCs erzielt wurden, wurden in mechanisch verletzten motorneuronähnlichen NSC-34-Zellen der Maus untersucht. Die CM-Behandlung reduzierte die durch Kratzverletzungen verursachte Apoptose und den oxidativen Stress.

Darüber hinaus reduzierte CM TNF- und erhöhte gleichzeitig die Spiegel des entzündungshemmenden Zytokins IL-10. Interessanterweise führte die CM-Behandlung zu einer Hochregulierung von BDNF und NT-3. Es wurde gezeigt, dass CM NGF, NT-3, IL-10 und TGF- enthält, was die neuroprotektiven Wirkungen erklären könnte [98].

 Elektrofahrzeuge von GMSCs wurden in einem Mausmodell mit gequetschten Ischiasnerven auf die Regeneration peripherer Nerven getestet. In vivo führte die Transplantation von Gelfoam mit eingebetteten GMSC-abgeleiteten EVs an der Stelle der Quetschverletzung zu einer funktionellen Wiederherstellung und axonalen Regeneration, ähnlich wie bei der direkten Transplantation von GMSCs.

Insbesondere förderten EVs die Proliferation und Migration von Schwann-Zellen und regulierten die Proteinexpression der Gene c-JUN, Notch1, GFAP und SOX2 hoch, die mit der Dedifferenzierung oder dem Reparaturphänotyp von Schwann-Zellen verbunden sind.

Auch in vitro förderten EVs die Expression von Schwann-Zell-Dedifferenzierungs-/Reparaturgenen [99]. Ein positiver Effekt auf die Schwann-Zell-Proliferation wurde auch für EXOs aus GMSCs berichtet, die auch das DRG-Axonwachstum in vitro förderten.

Darüber hinaus wurden die Auswirkungen von GMSCs EXOs in Kombination mit biologisch abbaubaren Chitinkanälen auf die Regeneration peripherer Nerven untersucht. In vivo, in einem Rattenmodell mit Ischiasnervdefekten, erhöhte Chitinleitung in Kombination mit EXOs die Anzahl und den Durchmesser der Nervenfasern und förderte die Myelinbildung.

Parallel dazu verbesserte sich auch die Nervenleitung. Darüber hinaus wurden die Muskelfunktion und die motorische Funktion verbessert [100]. CM aus SCAPs, DPSCs und PDLSCs wurden getestet, um ihre Fähigkeit zu bewerten, das Auswachsen von Neuriten zu induzieren.

Zu diesem Zweck wurden differenzierte Neuroblastom-SH-SY5Y-Zellen mit den verschiedenen CM inkubiert. Es wurde gezeigt, dass CM den Prozentsatz der Zellen, die Neuriten produzieren, und die Gesamtlänge des Neuritenauswuchses erhöhen kann.

Interessanterweise wurde die Länge des längsten Neuriten pro Neuron nur mit SCAPCM signifikant erhöht, und die Neutralisierung des sekretierten BDNF hemmte das Neuritenwachstum, was auf seine Bedeutung in diesem Prozess hinweist [101].

Aus SCAPs freigesetztes CM zeigte im Vergleich zu BMSCs-CM auch eine größere neurogene induktive Wirkung auf DPSCs. Wenn DPSCs im Medium für das Wachstum neuronaler Stammzellen kultiviert wurden, stiegen tatsächlich die Mengen an neurogenen Markern durch die Zugabe von SCAPs-CM an.

Im Gegenteil, die Expression neuronaler Marker wurde verringert, während die Expression neurotropher Marker zunahm, wenn BMSCs-CM hinzugefügt wurde. Die Zellproliferation wurde durch SCAPs-CM nicht beeinflusst [102].

Mundschleimhautstammzellen (OMSCs) wurden in Zellen differenziert, die eine astrozytenähnliche Morphologie aufwiesen und charakteristische Astrozytenmarker exprimierten.

Das durch differenzierte OMSCs gewonnene CM erhöhte die Zelllebensfähigkeit von Motoneuronen, die unter hypoxischen Bedingungen kultiviert oder in vitro Wasserstoffperoxid ausgesetzt wurden [103]. Eine Übersicht über die in diesem Absatz vorgestellten Studien ist in Tabelle 5 verfügbar.

4. Übersetzung der Sekretomanwendung von den präklinischen Modellen in die klinische Anwendung

Die Anwendung des Sekretoms für eine zellfreie Therapie könnte einige Vorteile gegenüber der Verwendung von MSCs bieten.

Die Hauptvorteile der Verwendung des Sekretoms anstelle der Stammzelltherapie liegen in der geringen Immunogenität und der einfacheren Herstellung, Handhabung und Lagerung des Sekretoms [104]. Dann kann diese Therapie die mit der Zelltherapie verbundenen Risiken wie Tumorgenität, Antigenität, Wirtsabstoßung und Infektionen überwinden.

Die Handhabung des Sekretoms kann im Vergleich zu Zellen einfacher sein, da es konzentriert und eingefroren werden kann und keine Lagerung von flüssigem Stickstoff und keine Zellkulturanlagen erfordert, was den Transfer ebenfalls erleichtert [105,106].

Darüber hinaus ist die Sekretomproduktion wirtschaftlicher und eine Massenproduktion unter kontrollierten Laborbedingungen ist ebenfalls möglich [107]. Allerdings ist die Überlebenszeit von MSCs nach der Transplantation nicht klar, da einige Daten auf eine begrenzte Überlebenszeit hinzuweisen scheinen [23].

Daher könnten therapeutische Strategien, die auf der Sekretomanwendung basieren, in der regenerativen Medizin hilfreich sein, da sie bioaktive Moleküle, einschließlich Proteine, und mRNAs, aber auch nichtkodierende RNA, enthalten, die nützlich sein können, um Reparaturmechanismen in den verletzten Geweben auszulösen.

Vor der Umsetzung in klinische Anwendungen müssen jedoch mehrere Punkte geklärt werden. Insbesondere ist es notwendig, die Zusammensetzung, Dosierung, Häufigkeit und Art der Verabreichung des Sekretoms besser zu definieren.

In diesem Zusammenhang ist es auch notwendig, standardisierte Herstellungsprotokolle mit guten Herstellungspraktiken für die Entwicklung neuer Arzneimittel auf Basis zellfreier Produkte zu entwickeln [105].

Tatsächlich sollte das Sekretom für Anwendungen in der klinischen Praxis in einer standardisierten und einfach zu handhabenden Formulierung vorliegen. Das Sekretom kann tatsächlich je nach Subjekt, Zelle und Ursprungsgewebe Variationen aufweisen [30].

Aus diesem Grund ist es zur Standardisierung der Sekretomproduktion notwendig, Kulturmedium und Zusätze, Kulturdauer und Kulturbedingungen zu definieren [106].

In diesem Zusammenhang können Big-Data-Studien, die Proteom-, Transkriptom- und nichtkodierende RNA-Profile bewerten, bei der Sekretomcharakterisierung hilfreich sein. Eine Liste von Studien zur Analyse von Transkriptomen, nichtkodierender RNA und Proteomprofilierung ist in Tabelle 6 verfügbar.

Bei der Sekretomabgabe müssen jedoch auch Bedenken hinsichtlich der schnellen Diffusion und Entfernung des Sekretoms aus der Gewebereparaturstelle berücksichtigt werden. Darüber hinaus müssen die Stabilität des Sekretoms und die Stabilität seiner Wachstumsfaktoren und miRNAs während der gesamten Abgabedauer unter physiologischen Bedingungen aufrechterhalten werden.

In diesem Zusammenhang wurden verschiedene Biomaterialien entwickelt und optimiert, um die Abgabeeffizienz des MSC-Sekretoms zu verbessern, mit den Vorteilen einer verlängerten Freisetzungsdauer, Schutz vor Abbau und einer verbesserten therapeutischen Kapazität [108].

Eine weitere Möglichkeit, die Langzeitstabilität von Formulierungen zu verbessern, ist ein Gefriertrocknungsverfahren, das für verschiedene biologische Produkte eingesetzt wird [109,110].

5. Schlussfolgerungen

Aufgrund ihres Ursprungs in der Neuralleiste haben zahnmedizinische MSCs nachweislich ein ausgeprägtes neuroregeneratives Potenzial. Das von zahnmedizinischen MSC abgeleitete Sekretom weist ebenfalls die gleichen verbesserten neuroprotektiven und neuroregenerativen Eigenschaften auf.

Sowohl CM als auch EVs enthalten Neurotrophine und Moleküle mit neuroprotektiver Wirkung, sogar in höheren Konzentrationen im Vergleich zu anderen MSCs. Die in dieser Übersicht ausgewerteten Studien zeigten, dass sowohl CM als auch EVs das Neuritenwachstum stimulierten und neuroprotektive Wirkungen in präklinischen Modellen neurologischer Erkrankungen und neuronaler Schäden zeigten.

Insbesondere die Sekretome von DPSCs und SHEDs wurden am häufigsten untersucht, aber verschiedene Studien hoben auch die neuroprotektiven Wirkungen von PDLSC- und GMSC-Sekretomen hervor.

Interessanterweise deuteten einige Studien auch darauf hin, dass das aus zahnärztlichen MSCs gewonnene Sekretom im Vergleich zu anderen MSC-Quellen wie BMSCs und AMSCs hinsichtlich der Neuroprotektion überlegen ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das aus zahnärztlichen MSCs gewonnene Sekretom für seine Anwendung im neurodegenerativen Bereich vielversprechend erscheint und bei der Entwicklung neuer neuroprotektiver Behandlungen nützlich sein könnte.

Autorenbeiträge: Konzeptualisierung, EM; Schreiben-Original-Entwurfsvorbereitung, AG; Schreiben-Rezension und Bearbeitung, EM Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Finanzierung: Diese Studie wurde durch den aktuellen Forschungsfonds 2021 des Gesundheitsministeriums, Italien, unterstützt.

Erklärung des Institutional Review Board: Nicht zutreffend.

Einverständniserklärung: Nicht zutreffend.

Interessenkonflikte: Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht. Der Geldgeber spielte keine Rolle bei der Gestaltung der Studie; bei der Erhebung, Analyse oder Interpretation von Daten; beim Verfassen des Manuskripts oder bei der Entscheidung, die Ergebnisse zu veröffentlichen.

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