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  • Osteoarthritic cartilage explants affect extracellular matrix production and composition in cocultured bone marrow-derived mesenchymal stem cells and articular chondrocytes.

Osteoarthritic cartilage explants affect extracellular matrix production and composition in cocultured bone marrow-derived mesenchymal stem cells and articular chondrocytes.

Stem cell research & therapy (2014-06-12)
Michaela Leyh, Andreas Seitz, Lutz Dürselen, Hans-Robert Springorum, Peter Angele, Anita Ignatius, Joachim Grifka, Susanne Grässel
要旨

In the present study, we established a novel in vitro coculture model to evaluate the influence of osteoarthritis (OA) cartilage explants on the composition of newly produced matrix and chondrogenic differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) and the phenotype of OA chondrocytes. In addition, we included a "tri-culture" model, whereby a mixture of BMSCs and chondrocytes was cultured on the surface of OA cartilage explants. Gene expression analysis, protein and glycosaminoglycan (GAG) assays, dot-blot, immunofluorescence, and biomechanical tests were used to characterize the properties of newly generated extracellular matrix (ECM) from chondrocytes and chondrogenically differentiated BMSCs and a mix thereof. We compared articular cartilage explant cocultures with BMSCs, chondrocytes, and mixed cultures (chondrocytes and BMSCs 1:1) embedded in fibrin gels with fibrin gel-embedded cells cultured without cartilage explants (monocultures). In general, co- and tri-cultured cell regimens exhibited reduced mRNA and protein levels of collagens I, II, III, and X in comparison with monocultures, whereas no changes in GAG synthesis were observed. All co- and tri-culture regimens tended to exhibit lower Young's and equilibrium modulus compared with monocultures. In contrast, aggregate modulus and hydraulic permeability seemed to be higher in co- and tri-cultures. Supernatants of cocultures contained significant higher levels of interleukin-1 beta (IL-1β), IL-6, and IL-8. Stimulation of monocultures with IL-1β and IL-6 reduced collagen gene expression in BMSCs and mixed cultures in general but was often upregulated in chondrocytes at late culture time points. IL-8 stimulation affected BMSCs only. Our results suggest an inhibitory effect of OA cartilage on the production of collagens. This indicates a distinct modulatory influence that affects the collagen composition of the de novo-produced ECM from co- and tri-cultured cells and leads to impaired mechanical and biochemical properties of the matrix because of an altered fibrillar network. We suggest that soluble factors, including IL-1β and IL-6, released from OA cartilage partly mediate these effects. Thus, neighbored OA cartilage provides inhibitory signals with respect to BMSCs' chondrogenic differentiation and matrix composition, which need to be accounted for in future cell-based OA treatment strategies.

材料
製品番号
ブランド
製品内容

Sigma-Aldrich
酢酸, glacial, ACS reagent, ≥99.7%
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, glacial, ReagentPlus®, ≥99%
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, glacial, ≥99.99% trace metals basis
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, glacial, puriss., meets analytical specification of Ph. Eur., BP, USP, FCC, 99.8-100.5%
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸 溶液, suitable for HPLC
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, for luminescence, BioUltra, ≥99.5% (GC)
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
USP
氷酢酸, United States Pharmacopeia (USP) Reference Standard
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, ≥99.5%, FCC, FG
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
硫酸アルミニウム, 99.99% trace metals basis
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
5α-アンドロスタン-17β-オール-3-オン, ≥97.5%
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, natural, ≥99.5%, FG
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, ≥99.7%
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, JIS special grade, ≥99.7%
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, glacial, puriss., 99-100%
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
5α-アンドロスタン-17β-オール-3-オン, purum, ≥99.0% (TLC)
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, SAJ first grade, ≥99.0%
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸 溶液, 1 M, 1 N
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Supelco
酢酸, analytical standard
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, ≥99.7%, SAJ super special grade
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
1,9-ジメチル-メチレンブルー 塩化亜鉛複塩, Dye content 80 %
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
β-D-アロース, rare aldohexose sugar
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
Aluminum 硫酸, meets USP testing specifications
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
Acetic acid-12C2, 99.9 atom % 12C
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, ≥99.7%, for titration in non-aqueous medium
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸, 99.5-100.0%
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
酢酸 溶液, SAJ first grade, 27.0-33.0%
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Sigma-Aldrich
Anti-Collagen Type III Antibody, clone IE7-D7, clone 1E7-D7, from mouse
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量
Millipore
Bifido Selective Supplement B, suitable for microbiology
カタログ番号
容量
在庫状況
単価
数量