Mezenchymalne komórki macierzyste (MSC – ang. mesenchymal stem cells) to komórki adherentne, które mają zdolność do samoodnowy i multipotentnego różnicowania. Komórki te stały się obecnie obiektem bardzo dużego zainteresowania wielu ośrodków naukowych na całym świecie, ze względu na ich potencjalne możliwości zastosowania w medycynie regeneracyjnej oraz inżynierii tkankowej.Najnowsze badania pokazują, że niezwykle ważny wpływ na zdolność MSC do proliferacji, różnicowania oraz samoodnowy ma środowisko. Kluczowym parametrem fizykochemicznym mogącym wpływać na wymienione własności jest stężenie tlenu. Stąd też istotnym faktem, który należy wziąć pod uwagę podczas prowadzenia hodowli komórkowych MSC jest środowisko niskotlenowe (obecne w tkankach w warunkach in vivo – 1% - 5% O2, które różni od obecnego w standardowych hodowlach laboratoryjnych in vitro – 20% O2). Celem niniejszej pracy magisterskiej była ocena wpływu warunków niskotlenowych na wybrane własności mezenchymalnych komórek macierzystych wyizolowanych ze szpiku kostnego, galarety Whartona oraz tkanki tłuszczowej. Poszczególne zadania badawcze obejmowały: ocenę wzrostu i przeżywalności mezenchymalnych komórek macierzystych (test proliferacji, MTS oraz FACS) pod wpływem wybranych warunków tlenowych, a także ocenę odpowiedzi komórek MSC na wybrane stężenie tlenu, którą zbadano zarówno na poziomie białka (sprawdzenie ekspresji białka HIF-1α – metodą Western Blot), jak i mRNA (poprzez określenie zmian w poziomie ekspresji wybranych genów targetowych HIF-1α, takich jak PFKFB4, BNIP3, VEGF i AM – reakcja RT PCR). Rezultaty przeprowadzonych badań pokazały, że hipoksja nie wpływa na przeżywalność badanych komórek oraz sprzyja ich proliferacji, niezależnie od źródła izolacji MSC. W badaniach własnych zaobserwowano także, że reoksygenacja mezenchymalnych komórek macierzystych poddanych wcześniej warunkom niskotlenowym powoduje spadek tempa proliferacji obserwowanego pod wpływem hipoksji, które jednak nadal jest większe od obserwowanego w normoksji. W niniejszej pracy wykazano także odpowiedź komórek MSC na panujące warunki niskotlenowe poprzez ekspresję białka HIF-1α i genu targetowego PFKFB4. Przeprowadzone doświadczenia pokazały także, że ekspresja genów jak BNIP-3, VEGF czy AM nie zależy od stężenia tlenu, w jakim prowadzona jest hodowla komórkowa MSC.Błyskawiczna odpowiedź komórek na warunki środowiska świadczy o bardzo dobrej adaptacji tych komórek do środowiska niskotlenowego poprzez zwiększoną ekspresję PFKFB4, co wskazuje na jeden z mechanizmów warunkujących uzyskiwanie przez nie energii celem utrzymania potencjału proliferacyjnego i przyżyciowego.Obserwowana odpowiedź mezenchymalnych komórek macierzystych wyizolowanych ze szpiku kostnego, galarety Whartona i tkanki tłuszczowej, ich wysoki potencjał proliferacyjny oraz brak efektu proapoptotycznego w warunkach niskotlenowych budzą nadzieje na potencjalne wykorzystanie tych komórek w medycynie regeneracyjnej.

Mesenchymal stem cells (MSC’s) are classified as adherent cells, with the ability to self-renew and multipotent differentiation. These cells have become an object of interest from different research facilities around the world, given the possibility to incorporate them in regenerative medicine and tissue engineering.The latest studies demonstrate that proliferation, self-renewal and differentiation capabilities of MSC’s are highly dependent on the environment. In these terms the key parameter to consider is oxygen concentration. Therefore, low oxygen concentration is a very important parameter to take into consideration (which is present in tissues in vivo – 1% -5% O2, and differs from the one that we use as a standard in cell culturing in vitro – 20% O)2.The aim of the master’s thesis was to evaluate the impact of low oxygen concentration on selected properties of mesenchymal stem cells isolated from bone marrow, Wharton’s jelly and adipose tissue. The research tasks were: the evaluation of growth kinetics and survival assays (proliferation test, MTS assay and FACS analysis) in different oxygen concentrations, the response of mesenchymal stem cells to a given oxygen concentration at the protein level (expression of HIF-1α protein by Western Blot) and mRNA (changes at the expression level of HIF-1α target genes, such us PFKFB4, BNIP3, VEGF and AM – by RT PCR).The results of the performed research showed that hypoxia does not change the survival rate of the monitored cells and that it does have a beneficial effect on the cell proliferation, independently of the source of MSC’s. The research also showed that reoxygenation of mesenchymal stem cells that were earlier subjected to a low-oxygen environment lowers the proliferation rate in comparison to hypoxia. Nevertheless it is still higher that the one from normoxia.The presented work also demonstrated that there is a response of MSC’s to the low oxygen concentration at the HIF-1α protein level and PFKFB4 target gene. The performed research also showed that the expression of genes such as BNIP-3, VEGF or AM does not depend on the oxygen concentration in which cell culturing of MSC’s is performed.The fast response of mesenchymal stem cells to the environment indicates a great adaptation to low oxygen tension by augmenting the expression of PFKFB4 which indicates that there is one mechanism by which cells maintain their potential of proliferation and survival. The response of MSC’s isolated from bone marrow, Wharton’s jelly and adipose tissue, their high proliferation potential and lack of proapoptotic effect under a low oxygen environment gives new perspectives for the use of these cells in regenerative medicine.