Zahnmedizinisches Sekretom mesenchymaler Stammzellen: Ein faszinierender Ansatz für Neuroprotektion und Neuroregeneration, Teil 1

Zusammenfassung: Mesenchymale Stammzellen (MSCs) sind für ihre wohltuende Wirkung und ihr regeneratives Potenzial bekannt. Insbesondere aus der Zahnmedizin stammende MSCs haben den Vorteil einer leichteren Zugänglichkeit und einer nichtinvasiven Isolierungsmethode. Darüber hinaus scheinen dentale MSCs aufgrund ihres Ursprungs in der Neuralleiste ein ausgeprägteres neuroregeneratives Potenzial zu haben.

In den letzten Jahren werden mesenchymale Stammzellen zunehmend im medizinischen Bereich eingesetzt. Zusätzlich zu ihrem Potenzial für die regenerative Medizin wird angenommen, dass mesenchymale Stammzellen auch mit einem verbesserten Gedächtnis verbunden sind. Diese Entdeckung lässt Wissenschaftler gespannt auf neue Behandlungsmöglichkeiten für Gedächtnisverlust und kognitive Beeinträchtigungen sein.

Mesenchymale Stammzellen sind Zellen, die sich selbst replizieren und in viele verschiedene Zelltypen differenzieren können. Sie kommen in verschiedenen Geweben von Erwachsenen vor, darunter auch im Gehirngewebe. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Anzahl und Funktion mesenchymaler Stammzellen im Gehirn älterer Menschen deutlich reduziert ist, was mit kognitiven Beeinträchtigungen und Hirnschäden einhergeht.

Studien haben gezeigt, dass durch die Erhöhung der Anzahl mesenchymaler Stammzellen bei älteren Menschen ihre kognitiven Fähigkeiten und ihr Gedächtnis deutlich verbessert werden können. Diese Entdeckung hat die Menschen dazu gebracht, davon zu träumen, mesenchymale Stammzellen zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit und anderer kognitiver Störungen zu verwenden. Dies wäre eine gründliche Behandlung und nicht nur der Einsatz von Medikamenten zur Kontrolle der Symptome.

Darüber hinaus haben Wissenschaftler auch die Interaktion zwischen mesenchymalen Stammzellen und Neuronen untersucht. Experimente haben gezeigt, dass mesenchymale Stammzellen das Wachstum und die Verbindung von Neuronen fördern und zur Erhaltung ihrer Gesundheit beitragen können. Diese Studien zeigen, dass mesenchymale Stammzellen nicht nur sich selbst erneuern und in verschiedene Zelltypen differenzieren können, sondern auch mit umgebenden Zellen kommunizieren und deren Wachstum und Funktion unterstützen.

Generell sind mesenchymale Stammzellen ein vielversprechendes Forschungsgebiet, und die Entwicklung dieses Gebiets wird die Lebensqualität älterer Menschen erheblich verbessern. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da es 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 auch 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.

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Tatsächlich exprimieren sie unter Grundbedingungen auch neuronale Marker. Es ist jedoch inzwischen allgemein bekannt, dass die vorteilhaften Wirkungen von MSCs zumindest teilweise von ihrem Sekretom abhängen, d. h. von allen bioaktiven Molekülen, die im konditionierten Medium (CM) oder in extrazellulären Vesikeln (EVs) freigesetzt werden.

In diesem Aufsatz konzentrieren wir uns auf die Anwendungen des aus zahnmedizinischen MSCs gewonnenen Sekrets zur Neuroregeneration und Neuroprotektion. Die Sekretome verschiedener Zahn-MSCs wurden auf ihre Wirkung auf neuroregenerative Zwecke getestet, und die Sekretome von Zahnpulpa-Stammzellen und Stammzellen von menschlichen exfolierten Milchzähnen sind am meisten untersucht.

Sowohl die CM als auch die EVs, die aus zahnärztlichen MSCs gewonnen wurden, zeigten, dass sie das Neuritenwachstum und neuroprotektive Wirkungen fördern können. Interessanterweise zeigte das aus Zähnen stammende MSC-Sekretom stärkere neuroregenerative und neuroprotektive Wirkungen im Vergleich zu Sekretomen aus anderen MSC-Quellen. Aus diesen Gründen könnte das aus zahnmedizinischen MSCs gewonnene Sekretom einen vielversprechenden Ansatz für neuroprotektive Behandlungen darstellen.

Schlüsselwörter: Zahnmedizinische mesenchymale Stammzellen; Sekretom; konditioniertes Medium; extrazelluläre Vesikel; Exosom; Neuroregeneration; Neuroprotektion; neuronale Differenzierung.

1. Einführung
Mesenchymale Stammzellen (MSCs) sind multipotente Zellen mit großem Potenzial für die regenerative Medizin [1]. MSCs wurden erstmals von Friedenstein et al. im Knochenmark isoliert. [2,3].

Der Begriff MSCs wurde jedoch später von Caplan geprägt, was auf ihre multipotente Differenzierungsfähigkeit hinweist, die zur mesodermalen Abstammungslinie führt [4]. Im Jahr 2006 haben Dominici et al. etablierte die Kriterien zur Klassifizierung von MSCs, nämlich die Fähigkeit zur plastischen Adhäsion unter Standardkulturbedingungen, die Expression von CD105, CD73 und CD90, das Fehlen von CD45, CD34, CD14 oder CD11b, CD79alpha oder CD19 und HLA-DR-Oberflächenmolekülen sowie das Differenzierungspotential dazu Osteoblasten, Adipozyten und Chondroblasten in vitro [5].

Seit der ersten Entdeckung wurden MSCs aus verschiedenen Geweben isoliert. In Bezug auf Zahngewebe haben Gronthos et al. im Jahr 2000 isolierten zunächst eine Population von MSCs aus Zahnpulpazellen mit ähnlichen Eigenschaften wie Knochenmarks-MSCs (BMSCs) [6].

Seitdem wurde festgestellt, dass verschiedene aus der Zahnmedizin stammende Zellen Stammzelleigenschaften besitzen und nach ihrem Ursprungsgewebe benannt wurden, darunter Zahnpulpa-Stammzellen (DPSCs), Stammzellen aus menschlichen exfoliierten Milchzähnen (SHEDs) und parodontale Ligament-Stammzellen (PDLSCs). ,Zahnfollikelstammzellen (DFSCs), Stammzellen aus der apikalen Papille (SCAPs) und gingivale MSCs (GMSCs) [7].

Dentale MSCs haben den Vorteil, dass sie mit minimalinvasiven Eingriffen leicht zugänglich sind [8], über einen langen Zeitraum relativ genomisch stabil erweiterbar sind und immunmodulatorische Eigenschaften aufweisen [9]. Darüber hinaus sind sie auch in der Lage, in Richtung der mesodermalen Abstammungslinie zu differenzieren, zeigen aber auch die Fähigkeit, intoektodermale und endodermale Abstammungslinien zu unterscheiden [10].

Dentale MSCs haben ihren Ursprung in der Neuralleiste und weisen aus diesem Grund im Vergleich zu anderen MSCs stärkere neurogene Fähigkeiten auf [11]. Aufgrund ihres Ursprungs exprimieren Zahn-MSC einige neurale Vorläufer- und reife Zellmarker, selbst wenn sie keinem tonuralen Induktionsmedium und unter Standardkulturbedingungen ausgesetzt sind, wie Nestin, -3-Tubulin, Neurotrophinrezeptoren und Neurofilamente [12,13].

Darüber hinaus weisen zahnärztliche MSCs im Vergleich zu anderen MSC-Typen ein größeres Differenzierungspotenzial für die Neurogenese auf [14,15].

Daher können zahnärztliche MSCs aufgrund ihres Differenzierungspotenzials und ihrer parakrinen Wirkung eine gute Quelle für MSCs für die Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen und die neuronale Regeneration darstellen [16–20].

Die vorteilhaften Eigenschaften von MSCs werden häufig mit ihrem Differenzierungspotenzial in Verbindung gebracht. Tatsächlich können MSCs, die sich zu neuronalen Zellen differenzieren, degenerierte Zellen ersetzen.

Es ist jedoch mittlerweile allgemein anerkannt, dass die regenerativen und schützenden Wirkungen von MSCs auch durch ihr Sekretom vermittelt werden. In dieser Übersicht konzentrieren wir uns auf das Sekretom, das von zahnärztlichen MSCs gewonnen wird, und zeigen sein Potenzial für Neuroprotektion und Neuroregeneration in präklinischen Modellen.

2. MSC-Sekretom

Das MSC-Sekretom umfasst verschiedene bioaktive Moleküle wie Lipide, Proteine, Nukleinsäuren, Chemokine, Zytokine, Wachstumsfaktoren und Hormone, die in ihrem konditionierten Medium (CM) oder extrazellulären Vesikeln (EVs) freigesetzt werden [21].

Die Anwendung des Sekretoms für die zellfreie Therapie erscheint vielversprechend und hat den Vorteil, dass es nicht den ethischen Grenzen unterliegt, die mit der Verwendung von Stammzellen verbunden sind, und weist eine geringe Immunogenität auf [22].

Darüber hinaus deuten einige Berichte darauf hin, dass MSCs nach der Transplantation nur begrenzt überleben [23]. EVs könnten auch bei zellfreien Therapien eine zentrale Rolle spielen. EVs sind membrangebundene, zweischichtige Lipidpartikel, die von verschiedenen Zelltypen abgesondert werden und eine Ladung biologischer Moleküle aus ihren Elternzellen transportieren.

Sie sind wichtige Vermittler biologischer Informationen bei der interzellulären Signalübertragung von der Elternzelle zur Empfängerzelle. EVs werden aufgrund ihrer Größe, aber auch anderer Merkmale wie Biogenese und Freisetzungswegen in Mikrovesikel (MVs), Exosomen (EXOs) und apoptotische Körper eingeteilt [24,25].

MVs werden durch direktes Knospen aus der Zellplasmamembran hergestellt. Im Gegensatz dazu sind EXOs kleiner und entstehen aus einer nach innen gerichteten Knospenbildung der Grenzmembran früher Endosomen, die während des Prozesses zu multivesikulären Körpern heranreifen.

Nach der Fusion mit der Plasmamembran geben multivesikuläre Körper EXOs in das extrazelluläre Milieu ab [24,26].

Elektrofahrzeuge können dank ihrer Oberflächenmoleküle auf die Empfängerzellen abzielen. Sobald EVs an eine Zielzelle gebunden sind, können sie die Signalübertragung über Rezeptor-Ligand-Wechselwirkungen fördern oder durch Endozytose, Phagozytose internalisiert werden oder mit der Membran der Zielzelle verschmelzen und ihren Inhalt in das Zytoplasma freisetzen [27,28].

Von MSCs freigesetzte EVs enthalten Proteine, Lipide, mRNA, microRNA (miRNA) und Zytokine. Diese Vesikel geben ihren Inhalt an Zielzellen ab, modulieren deren Aktivität und induzieren möglicherweise Wiederherstellungsprozesse [29].

Zahnmedizinisches MSCs-Sekretom

Interessanterweise kann das Sekretomprofil durch verschiedene MSC-Quellen beeinflusst werden [30]. Aus diesem Grund können zahnmedizinische MSCs im Vergleich zu anderen MSCs Unterschiede in der Sekretomzusammensetzung aufweisen.

Die Analyse des SCAP-Sekretoms hat insgesamt 2046 Proteine ​​nachgewiesen, darunter Chemokine, angiogene, immunmodulatorische, anti-apoptotische und neuroprotektive Faktoren, abgesehen von Proteinen der extrazellulären Matrix (ECM). Interessanterweise unterschieden sich die Konzentrationen von 151 Proteinen im Vergleich zu BMSCs um mindestens das Zweifache.

Tatsächlich zeigten SCAPs erhöhte Konzentrationen an Proteinen, die an Stoffwechselprozessen, Transkription, Chemokinen und Neurotrophinen beteiligt sind, während sie eine Verringerung derjenigen aufwiesen, die mit biologischer Adhäsion, Entwicklungsprozessen, Immunfunktion, ECM-Proteinen und proangiogenen Faktoren verbunden sind [31].

Das DPSC-Sekretom enthält verschiedene Zytokine, Chemokine und Wachstumsfaktoren, darunter den vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF)-A und Follistatin (FST), die am häufigsten vorkommen [32].

Eine andere Studie zeigte, dass durch den Granulozyten-Kolonie-stimulierenden Faktor (G-CSF) mobilisierte DPSCs höhere Mengen angiogener und neurotropher Faktoren exprimierten, darunter Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor (GM-CSF), Matrix-Metalloproteinase (MMP) 3, VEGF und Nervenwachstumsfaktor (NGF) im Vergleich zu BMSCs und aus Fettgewebe gewonnenen MSCs (AMSCs).

Insbesondere induzierte DPSCs-CM ein stärkeres Neuritenwachstum in menschlichen Neuroblastom-TGW-Zellen. Die trophischen Auswirkungen von DPSCs auf Migration und Apoptose waren höher als die von BMSCs und AMSCs [33].

Die Expressionsniveaus von Zytokinen in DPSCs wurden auch mit denen sich entwickelnder apikaler Komplexzellen (DACCs) verglichen. Insgesamt wurden 25 Zytokine identifiziert, von denen 22 in DPSCs-CM stärker exprimiert wurden. Insbesondere wurden Zytokine im Zusammenhang mit der Odontoblastendifferenzierung und Neurotrophin (NT)-3 und NT{5}} in DPSCs-CM stärker exprimiert [34].

Der Proteingehalt von PDLSC-CM wurde auch mittels Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC/MS/MS) analysiert, wobei insgesamt 99 Proteine ​​nachgewiesen wurden, darunter Matrixproteine, Enzyme, Wachstumsfaktoren, Zytokine und angiogene Faktoren [35].

LC-MS/MS zeigte auch das Vorhandensein osteogener Proteine ​​im Sekretom der Zahn-MSCs [36]. Eine vergleichende Sekretomprofilierung zeigte das Vorhandensein von Fibroblasten-Wachstumsfaktor (FGF)-2, Interleukin (IL)-10 und Blutplättchen -derived Growth Factor (PDGF), Stroma Cell-derived Factor (SDF)-1, Angiopoetin (Ang)-1, transformierender Wachstumsfaktor (TGF)- 3, Hepatozytenwachstumsfaktor (HGF), Interferon (IFN)- , VEGF und IL-6 in CM aus SHEDs, BMSCs und Wharton's-Jelly-abgeleiteten MSCs (WJMSCs).

PDGF-A, IL-10, FGF-2 und SDF-1 waren in allen Proben ähnlich, TGF- 3 und Ang{5}} waren in BMSCs höher, während HGF und INF- zeigte einen Anstieg von SHED. VEGF war in WJMSCs erhöht [37].

Die Unterschiede in den sekretorischen Faktoren menschlicher PDLSCs mit bleibenden Zähnen und Milchzähnen wurden ebenfalls untersucht. Proteine, die am Zellwachstum, der Zellkommunikation und der Signaltransduktion beteiligt sind, wurden häufiger in PDLSCs-CM mit bleibenden Zähnen gefunden, zusammen mit höheren Konzentrationen an NT-3 und NT-4 und Angiogenese-bezogenen Zytokinen wie dem epidermalen Wachstum Faktor (EGF) und insulinähnlicher Wachstumsfaktor (IGF)-1.

Im Gegensatz dazu enthielt CM, das aus PDLSCs von Milchzähnen gewonnen wurde, hauptsächlich Proteine, die an der Regulierung des Zellzyklus beteiligt sind, und die Spiegel von Zytokinen, die an der Immunantwort, dem Gewebeabbau und den katalytischen Aktivitäten beteiligt sind, einschließlich MMP1, Proteasom-Untereinheit, Alpha-Typ, 1 (PSMA1) und Cullin 7 (CUL7) war in diesen Zellen höher [38].

Pulpa-CD{0}}-Seitenpopulationszellen (SP) exprimierten die höchsten Mengen an angiogenen und neurotrophen Faktoren im Vergleich zu denen, die aus Knochenmark und Fettgewebe isoliert wurden.

CM aus Pulpa-CD31-SP-Zellen zeigten eine antiapoptotische und Neuritenwachstumsfähigkeit [39]. Von DPSCs abgeleitete EXOs zeigten im Vergleich zu BMSCs-EXOs eine stärkere immunmodulierende Kapazität.

Insbesondere hemmten EXOs von DPSCs die Differenzierung von CD4+-T-Zellen in Thelper-17-Zellen und reduzierten die Sekretion der proinflammatorischen Zytokine IL-17 und Tumornekrosefaktor (TNF)-, während sie gleichzeitig die Polarisation von CD{{5) förderten }} T-Zellen in T-reg und erhöhen die Freisetzung der entzündungshemmenden Faktoren IL-10 und TGF- [40]. Die in EVs vorhandenen Transkripte wurden ebenfalls untersucht.

GMSCs EVs enthielten Transkripte, die für mehrere Wachstumsfaktoren wie TGF-, FGF und VEGF kodierten, aber auch Liganden der aus Gliazellen stammenden neurotrophen Faktoren (GDNF) und Neurotrophine wie NGF, aus dem Gehirn stammender neurotropher Faktor (BDNF), NT{ {4}} und NT-4 sind an der neuronalen Entwicklung beteiligt. Einige ILs und Mitglieder der Wnt-Familie waren ebenfalls vorhanden [41].

Elektrofahrzeuge enthalten auch nicht-kodierende RNA. EVs von PDLSCs verdeutlichten das Vorhandensein verschiedener Klassen nicht-kodierender RNAs, einschließlich Antisense-RNA und langer nicht-kodierender RNA (lncRNAs), aber auch fünf miRNAs, nämlich MIR24-2, MIR142, MIR335, MIR490 und MIR296.

Diese miRNAs-Zielgene gehören zur Genontologieklasse „Ras-Proteinsignaltransduktion“ und „Aktin/Mikrotubuli-Zytoskelett-Organisation“ [42].

Insgesamt wurden 593 bzw. 920 bekannte PIWI-interagierende RNAs (piRNAs) aus SCAP-EXOs bzw. BMSC-EXOs identifiziert und 21 piRNAs unterschiedlich exprimiert.

Die Zielgene der unterschiedlich exprimierten piRNAs waren hauptsächlich an der biologischen Regulation, zellulären Prozessen, Stoffwechselprozessen, Bindung und katalytischen Aktivität beteiligt.

Insbesondere wurden die Zielgene der hochregulierten piRNAs in SCAP-EXOs mit dem Signalweg der Mitogen-aktivierten Proteinkinase (MAPK), dem Ras-Signalweg und dem Citratzyklus-Signalweg angereichert.

Im Gegenteil, die Zielgene herunterregulierter piRNAs in SCAP-EXOs waren im p53-Signalweg und im Epstein-Barr-Virusinfektions-Signalweg angereichert [43].

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