Čes. stomatol. Prakt. zub. lék. (Czech Dental Journal) 2020; 120(3): 67-77 | DOI: 10.51479/cspzl.2020.018

VLIV KYSELINY HYALURONOVÉ O NÍZKÉ, STŘEDNÍ A VYSOKÉ MOLEKULÁRNÍ HMOTNOSTI NA LIDSKÉ KMENOVÉ BUŇKY ZUBNÍ DŘENĚ

J. Schmidt1,*, N. Pilbauerová1, T. Soukup2, J. Suchánek1
1 Stomatologická klinika, Lékařská fakulta Univerzity Karlovy a Fakultní nemocnice, Hradec Králové
2 Ústav histologie a embryologie, Lékařská fakulta Univerzity Karlovy, Hradec Králové

Úvod a cíl práce: Kmenové buňky zubní dřeně (KBZD) vykazují přirozeně vysokou pozitivitu na povrchový receptor glykoprotein CD44 podílející se mimo jiné na indukci mineralizace odontoblastů, přičemž kyselina hyaluronová (KH) je jeho hlavní ligandou. Cílem experimentu bylo posoudit vliv KH o nízké (NMH-KH), střední (SHM-KH) a vysoké (VMH-KH) molekulární hmotnosti na fenotypový profil, proliferační aktivitu a diferenciační potenciál lidských KBZD.

Metodika: Experiment byl proveden v in vitro podmínkách na dvou liniích lidských KBZD odlišných dárců (třetí molár - muž, 25 let, a první premolár - muž, 9 let). Tyto linie byly kultivovány ve standardním médiu a od druhé pasáže také ve třech experimentálních kultivačních médiích obsahujících 0,1 % kyseliny hyaluronové (KH) ve třech molekulárních hmotnostech: NMH-KH (116 kDa), SHM-KH (540 kDa) a VHM-KH (1500 kDa). Analýza fenotypu byla provedena v sedmé pasáži pomocí průtokového cytometru Vi-Cell XR, viabilita byla měřena analyzátorem Vi-Cell v sedmé pasáži a počet buněk analyzátorem Z2 Coulter ve všech pasážích. Osteodiferenciace a chondrodiferen-
ciace byly indukovány komerčně dodávanými diferenciačními médii a prokazovány histologickým barvením s alciánovou modří a alizarinovou červení.

Výsledky: Linie KBZD využité v našem experimentu vykazovaly fenotyp typický pro lidské KBZD (vysoká pozitivita pro CD 13, CD 29, CD 44, CD 90 a OCT3/4), byly schopny překročit Hayflickův limit a diferencovat v buňky produkující osteogenní a chondrogenní extracelulární matrix. Během experimentu dosáhly KBZD linie 1 kultivované v kontrolním médiu / médiu 1 (116 kDa KH) / médiu 2 (540 kDa KH) / médiu 3 (1500 kDa KH) v tomto pořadí celkem 14,1 / 15,3 / 15,4 / 14,8 populačních zdvojení. Medián doubling time s minimální a maximální hodnotou ve stejném pořadí byl 31,6 (29,2; 36,8) / 29,6 (28,5; 30,6) / 30,3 (26,7; 31,3) / 30,5 (29,7; 33,8) hodin. Viabilita KBZD získaných ze sedmé pasáže byla ve stejném pořadí 92,3 / 93,1 / 91,8 / 92,6 %. KBZD linie 2 kultivované v kontrolním médiu / médiu 1 (116 kDa KH) / médiu 2 (540 kDa KH) / médiu 3 (1500 kDa KH) dosáhly v tomto pořadí celkem 16,7 / 17,2 / 16,7 / 16,8 populačních zdvojení. Medián doubling time s minimální a maximální hodnotou ve stejném pořadí byl 28,9 (24,5; 35,2) / 27,4 (24,5; 32,6) / 28,3 (24,0; 38,4) / 27,1 (25,3; 33,9) hodin. Viabilita KBZD získaných ze sedmé pasáže byla ve stejném pořadí 80,1 / 82,5 / 81,8 / 80,9 %.

Závěr: Ověřili jsme, že KBZD v přítomnosti kyseliny hyaluronové o molekulárních hmotnostech 116, 540 a 1500 kDa v koncentraci 0,1 % přežívají, proliferují a udržují si schopnost diferencovat ve zralé buněčné elementy. Dále jsme ověřili původní předpoklad, že nízkomolekulární forma kyseliny hyaluronové bude mít rozdílný dopad na fenotyp KBZD než forma vysokomolekulární.

Klíčová slova: kmenové buňky; zubní dřeň; kyselina hyaluronová; scaffold

EFFECT OF LOW, MEDIUM AND HIGH MOLECULAR WEIGHT HYALURONIC ACID ON HUMAN DENTAL PULP STEM CELLS

Introduction: Dental pulp stem cells (DPSCs) express naturally high positivity for surface receptor glycoprotein CD 44 which is involved in the induction of odontoblast mineralization with hyaluronic acid (HA) being its major ligand. The aim of this experiment was to assess the effect of HA in low (LMW-HA), medium (MMW-HA) and high (HMW-HA) molecular weights on the phenotypic profile, proliferation activity and differentiation potential of human DPSCs.

Methods: The experiment was conducted in vitro on two lines of human DPSCs from different donors (third molar - male, 25 years and first premolar - male, 9 years). These lines were cultured in standard medium and from the second passage also in three experimental culture media containing 0.1% HA in three molecular weights: LMW-HA (116 kDa), MMW-HA (540 kDa) and HMW-HA (1500 kDa). The phenotypic analysis was performed in the seventh passage using a Vi-Cell XR flow cytometer, viability was evaluated by the Vi-Cell Analyzer in the seventh passage and proliferation activity measured by the Z2 Counter Analyzer in every passage. Osteo- and chondro- differentiation were inducted by commercially supplied cultivation media and demonstrated by histological staining with alcian blue and alizarin red.

Results: DPSCs used in our experiment expressed phenotype typical for human DPSCs (high positivity for CD 13, CD 29, CD 44, CD 90 and OCT 3/4), they were able to exceed Hayflick limit and differentiate in the osteogenic as well as the chondrogenic extracellular matrix. During the experiment, DPSCs line 1 cultivated in control medium / medium 1 (116 kDa HA) / medium 2 (540 kDa HA) / medium 3 (1500 kDa HA) achieved in this order in total 14.1/15.3/15.4/14.8 population doublings. The median of doubling time with the minimal and maximal values in the same order was 31.6 (29.2; 36.8) / 29.6 (28.5; 30.6) / 30.3 (26.7; 31.3) / 30.5 (29.7; 33.8) hours. The viability of the DPSCs obtained from the seventh passage was in the same order 92.3/93.1/91.8/92.6%. DPSC line 2 cultivated in control medium / medium 1 (116 kDa HA) / medium 2 (540 kDa HA) / medium 3 (1500 kDa HA) achieved in this order in total 16.7/17.2/16.7/16.8 population doublings. The median of doubling time with the minimal and maximal values in the same order was 28.9 (24.5; 35.2) / 27.4 (24.5; 32.6) / 28.3 (24.0; 38.4) / 27.1 (25.3; 33.9) hours. The viability of the DPSCs obtained from the seventh passage was in the same order 80.1/82.5/81.8/80.9%.

Conclusion: We verified that DPSCs in the presence of hyaluronic acid at a concentration of 0.1% and molecular weights of 116, 540 and 1500 kDa survive, proliferate and maintain the ability to differentiate in mature cellular elements. We also verified the original assumption that the low molecular weight form of hyaluronic acid has a different impact on the DPSCs' phenotype than the high molecular weight form of hyaluronic acid.

Keywords: stem cells; dental pulp; hyaluronic acid; scaffold

Zveřejněno: 1. září 2020  Zobrazit citaci

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago Chicago Notes IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Schmidt J, Pilbauerová N, Soukup T, Suchánek J. VLIV KYSELINY HYALURONOVÉ O NÍZKÉ, STŘEDNÍ A VYSOKÉ MOLEKULÁRNÍ HMOTNOSTI NA LIDSKÉ KMENOVÉ BUŇKY ZUBNÍ DŘENĚ. Čes. stomatol. Prakt. zub. lék. 2020;120(3):67-77. doi: 10.51479/cspzl.2020.018.
Sdílet...
Stáhnout citaci
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Zobrazit celý článek

    Reference

    1. Goldberg M, Hirata A. The dental pulp: composition, properties and functions. JSM Dent. 2017; 5(1): 1079.
    2. Dahiya P, Kamal R. Hyaluronic acid: a boon in periodontal therapy. N Am J Med Sci. 2013; 5(5): 309-315. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    3. Bauer C, Niculescu-Morzsa E, Jeyakumar V, Kern D, Spath SS, Nehrer S. Chondroprotective effect of high-molecular-weight hyaluronic acid on osteoarthritic chondrocytes in a co-cultivation inflammation model with M1 macrophages. J Inflamm (Lond). 2016; 13(1): 31. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    4. Petrey AC, de la Motte CA. Hyaluronan, a crucial regulator of inflammation. Front Immunol. 2014; 5: 101. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    5. Albano GD, Bonanno A, Cavalieri L, Ingrassia E, Di Sano C, Siena L, Riccobono L, Gagliardo R, Profita M. Effect of high, medium, and low molecular weight hyaluronan on inflammation and oxidative stress in an in vitro model of human nasal epithelial cells. Mediators Inflamm. 2016; 2016: 8727289. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    6. Altman RD, Manjoo A, Fierlinger A, Niazi F, Nicholls M. The mechanism of action for hyaluronic acid treatment in the osteoarthritic knee: a systematic review. BMC Musculoskelet Disord. 2015; 16(1): 321. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    7. Rahimnejad M, Derakhshanfar S, Zhong W. Biomaterials and tissue engineering for scar management in wound care. Burns Trauma. 2017; 5(1): 4. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    8. Furnari ML, Termini L, Traverso G, Barrale S, Bonaccorso MR, Damiani G, Piparo CL, Collura M. Nebulized hypertonic saline containing hyaluronic acid improves tolerability in patients with cystic fibrosis and lung disease compared with nebulized hypertonic saline alone: a prospective, randomized, double-blind, controlled study. Ther Adv Respir Dis. 2012; 6(6): 315-322. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    9. Cyphert JM, Trempus CS, Garantziotis S. Size matters: molecular weight specificity of hyaluronan effects in cell biology. Int J Cell Biol. 2015; 2015: 563818. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    10. Lauer ME, Dweik RA, Garantziotis S, Aronica MA. The rise and fall of hyaluronan in respiratory diseases. Int J Cell Biol. 2015; 2015: 712507. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    11. Naor D. Interaction between hyaluronic acid and its receptors (CD44, RHAMM) regulates the activity of inflammation and cancer. J Frontiers Immunol. 2016; 7: 39. Přejít k původnímu zdroji...
    12. Gritsenko P, Ilina O, Friedl P. Interstitial guidance of cancer invasion. J Pathol. 2012; 226(2): 185-199. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    13. Wu M, Cao M, He Y, Liu Y, Yang C, Du Y, Wang W, Gao F. A novel role of low molecular weight hyaluronan in breast cancer metastasis. FASEB J. 2015; 29(4): 1290-1298. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    14. Fuchs K, Hippe A, Schmaus A, Homey B, Sleeman JP, Orian-Rousseau V. Opposing effects of high- and low-molecular weight hyaluronan on CXCL12-induced CXCR4 signaling depend on CD44. Cell Death Dis. 2013; 4(10): e819. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    15. Lennon FE, Mirzapoiazova T, Mambetsariev N, Mambetsariev B, Salgia R, Singleton PA. Transactivation of the receptor-tyrosine kinase ephrin receptor A2 is required for the low molecular weight hyaluronan-mediated angiogenesis that is implicated in tumor progression. J Biol Chem. 2014; 289(35): 24043-24058. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    16. Mattheolabakis G, Milane L, Singh A, Amiji MM. Hyaluronic acid targeting of CD44 for cancer therapy: from receptor biology to nanomedicine. J Drug Target. 2015; 23(7-8): 605-618. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    17. Maharjan AS, Pilling D, Gomer RH. High and low molecular weight hyaluronic acid differentially regulate human fibrocyte differentiation. PLoS One. 2011; 6(10): e26078. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    18. Rayahin JE, Buhrman JS, Zhang Y, Koh TJ, Gemeinhart RA. High and low molecular weight hyaluronic acid differentially influence macrophage activation. ACS Biomater Sci Eng. 2015; 1(7): 481-493. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    19. Umemura N, Ohkoshi E, Tajima M,Kikuchi H, Katayama T, Sakagami H.Hyaluronan induces odontoblastic differentiation of dental pulp stem cells via CD44. Stem Cell Res Ther. 2016; 7(1): 135. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    20. Collins MN, Birkinshaw C. Hyaluronic acid based scaffolds for tissue engineering - A review. Carbohyd Polym. 2013; 92(2): 1262-1279. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    21. Chircov C, Grumezescu AM, Bejenaru LE. Hyaluronic acid-based scaffolds for tissue engineering. Rom J Morphol Embryol. 2018; 59(1): 71-76.
    22. Khunmanee S, Jeong Y, Park H. Crosslinking method of hyaluronic-based hydrogel for biomedical applications. J Tissue Eng. 2017; 8: 2041731417726464. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    23. Suchanek J, Soukup T, Visek B, Ivancakova R, Kucerova L, Mokry J. Dental pulp stem cells and their characterization. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Czech Repub. 2009;153(1). Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    24. Kabir R, Gupta M, Aggarwal A, Sharma D, Sarin A, Kola MZ. Imperative role of dental pulp stem cells in regenerative therapies: a systematic review. Niger J Surg. 2014; 20(1): 1-8. Přejít na PubMed...
    25. Carnevale G, Riccio M, Pisciotta A, Beretti F, Maraldi T, Zavatti M, Cavallini GM, La Sala GB, Ferrari A, De Pol AJD, Disease L. In vitro differentiation into insulin-producing β-cells of stem cells isolated from human amniotic fluid and dental pulp. 2013; 45(8): 669-676. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    26. Gomes JA, Geraldes Monteiro B, Melo GB, Smith RL, Cavenaghi Pereira da Silva M, Lizier NF, Kerkis A, Cerruti H, Kerkis I. Corneal reconstruction with tissue-engineered cell sheets composed of human immature dental pulp stem cells. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010; 51(3): 1408-1414. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    27. Omi M, Hata M, Nakamura N, Miyabe M, Ozawa S, Nukada H, Tsukamoto M, Sango K, Himeno T, Kamiya H, Nakamura J, Takebe J, Matsubara T, Naruse K. Transplantation of dental pulp stem cells improves long-term diabetic polyneuropathy together with improvement of nerve morphometrical evaluation. Stem Cell Res Ther. 2017; 8(1): 279. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    28. Martínez-Sarrà E, Montori S, Gil-Recio C, Núñez-Toldrà R, Costamagna D, Rotini A, Atari M, Luttun A, Sampaolesi M. Human dental pulp pluripotent-like stem cells promote wound healing and muscle regeneration. J Stem cell Res. 2017; 8(1): 175. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    29. Sakai K, Yamamoto A, Matsubara K, Nakamura S, Naruse M, Yamagata M, Sakamoto K, Tauchi R, Wakao N, Imagama S, Hibi H, Kadomatsu K, Ishiguro N, Ueda M. Human dental pulp-derived stem cells promote locomotor recovery after complete transection of the rat spinal cord by multiple neuro-regenerative mechanisms. J Clin Invest. 2012; 122(1): 80-90. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    30. Chamieh F, Collignon AM, Coyac BR, Lesieur J, Ribes S, Sadoine J, Llorens A, Nicoletti A, Letourneur D, Colombier ML. Accelerated craniofacial bone regeneration through dense collagen gel scaffolds seeded with dental pulp stem cells. J Sci Reports. 2016; 6: 38814. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    31. Manimaran K, Sharma R, Sankaranarayanan S, Perumal SM. Regeneration of mandibular ameloblastoma defect with the help of autologous dental pulp stem cells and buccal pad of fat stromal vascular fraction. Ann Maxillofac Surg. 2016; 6(1): 97-100. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    32. Yamada Y, Ito K, Nakamura S, Ueda M, Nagasaka T. Promising cell-based therapy for bone regeneration using stem cells from deciduous teeth, dental pulp, and bone marrow. J Cell Transplant. 2011; 20(7): 1003-1013. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    33. Amghar-Maach S, Gay-Escoda C, Sanchez-Garces MA. Regeneration of periodontal bone defects with dental pulp stem cells grafting: Systematic review. J Clin Exp Dent. 2019; 11(4): e373-e81. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    34. Itoh Y, Sasaki JI, Hashimoto M, Katata C, Hayashi M, Imazato S. Pulp regeneration by 3-dimensional dental pulp stem cell constructs. J Dent Res. 2018; 97(10): 1137-1143. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    35. Zhu X, Zhang C, Huang GT, Cheung GS, Dissanayaka WL, Zhu W. Transplantation of dental pulp stem cells and platelet-rich plasma for pulp regeneration. J Endod. 2012; 38(12): 1604-1609. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    36. Dissanayaka WL, Hargreaves KM, Jin L, Samaranayake LP, Zhang C. The interplay of dental pulp stem cells and endothelial cells in an injectable peptide hydrogel on angiogenesis and pulp regeneration in vivo. Tissue Eng Part A. 2015; 21(3-4): 550-563. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    37. Ito K, Yamada Y, Nakamura S, Ueda M. Osteogenic potential of effective bone engineering using dental pulp stem cells, bone marrow stem cells, and periosteal cells for osseointegration of dental implants. Int J Oral Maxillofac Implants. 2011; 26(5).
    38. Palanisamy S, Kurkalli BGS. Interaction of dental pulp stem cells in bone regeneration on titanium implant. An in vitro study. J Osseointegration. 2019; 11(4).
    39. Guzalinuer A, Muhetaer H, Wu H, Paerhati A. Experimental study on the transforming growth factor β3 combined with dental pulp stem cells in early bone integration of implant. Chinese J Stomatol. 2018; 53(4): 259-263.
    40. Suchánek J, Ivančaková RK, Mottl R, Browne KZ, Pilneyová KC, Pilbauerová N, Schmidt J, Suchánková Kleplová T. Hyaluronic acid-based medical device for treatment of alveolar osteitis - clinical study. Int J Environ Res Public Health. 2019; 16(19): 3698. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    41. Park JK, Yeom J, Oh EJ, Reddy M, Kim JY, Cho DW, Lim HP, Kim NS, Park SW, Shin HI, Yang DJ, Park KB, Hahn SK. Guided bone regeneration by poly(lactic-co-glycolic acid) grafted hyaluronic acid bi-layer films for periodontal barrier applications. Acta Biomater. 2009; 5(9): 3394-3403. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    42. Collins MN, Birkinshaw C. Hyaluronic acid based scaffolds for tissue engineering - A review. J Carbohydrate Polymers. 2013; 92(2): 1262-1279. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    43. Prato GP, Rotundo R, Magnani C, Soranzo C, Muzzi L, Cairo F. An autologous cell hyaluronic acid graft technique for gingival augmentation: a case series. J Periodontol. 2003; 74(2): 262-267. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    44. Çankaya ZT, Gürbüz S, Bakirarar B, Kurtiş B. Evaluation of the effect of hyaluronic acid application on the vascularization of free gingival graft for both donor and recipient sites with laser doppler flowmetry: A randomized, examiner-blinded, controlled clinical Trial. Int J Periodont Restorat Dent. 2020; 40(2). Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    45. Sahayata V, Bhavsar N, Brahmbhatt N. An evaluation of 0.2% hyaluronic acid gel (Gengigel®) in the treatment of gingivitis: a clinical & microbiological study. Oral Health Dent Manag. 2014; 13(3): 779-785. Přejít na PubMed...
    46. Matsiko A, Levingstone TJ, O'Brien FJ, Gleeson JP. Addition of hyaluronic acid improves cellular infiltration and promotes early-stage chondrogenesis in a collagen-based scaffold for cartilage tissue engineering. J Mech Behav Biomed Mater. 2012; 11: 41-52. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    47. Chung C, Burdick JA. Influence of three-dimensional hyaluronic acid microenvironments on mesenchymal stem cell chondrogenesis. Tissue Eng Part A. 2009; 15(2): 243-254. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    48. Chen KL, Huang YY, Lung J, Yeh YY, Yuan K. CD44 is involved in mineralization of dental pulp cells. J Endodont. 2013; (3): 351-356. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    49. Pan GJ, Chang ZY, Scholer HR, Pei D. Stem cell pluripotency and transcription factor Oct4. Cell Res. 2002; 12(5-6): 321-329. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    50. Nassiri F, Cusimano MD, Scheithauer BW, Rotondo F, Fazio A, Yousef GM, Syro LV, Kovacs K, Lloyd RV. Endoglin (CD105): a review of its role in angiogenesis and tumor diagnosis, progression and therapy. Anticancer Res. 2011; 31(6): 2283-2290. Přejít na PubMed...
    51. Espagnolle N, Guilloton F, Deschaseaux F, Gadelorge M, Sensébé L, Bourin P. CD 146 expression on mesenchymal stem cells is associated with their vascular smooth muscle commitment. J Cell Mol Med. 2014; 18(1): 104-114. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...

    Tento článek je publikován v režimu tzv. otevřeného přístupu k vědeckým informacím (Open Access), který je distribuován pod licencí Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0), která umožňuje nekomerční distribuci, reprodukci a změny, pokud je původní dílo řádně ocitováno. Není povolena distribuce, reprodukce nebo změna, která není v souladu s podmínkami této licence.


    Zpět na obsah