Examining of basic biological properties of human mesenchymal stem cells cultured in presence of reduced graphene oxide in vitro

Ludzkie mezenchymalne komórki macierzyste pochodzące z galarety Whartona (hUC-MSCs) charakteryzują się nieinwazyjną metodą izolacji, immunosupresyjnym działaniem wysokim potencjałem do różnicowania. To sprawia, że coraz częściej znajdują one zastosowanie w medycynie regeneracyjnej. Co więcej, z przeprowadzonych dotychczas badań wynika, że grafen i jego pochodne mają zdolność do regulowania proliferacji, żywotności i różnicowania komórek macierzystych.Celem pracy licencjackiej była ocena wpływu podłoża hodowlanego pokrytego zredukowanym tlenkiem grafenu (rGO) o zróżnicowanym stopniu zredukowania i grubości warstwy na morfologię, fenotyp, tempo proliferacji oraz żywotność ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych pochodzących z galarety Whartona (hUC-MSCs) w warunkach in vitro. Analizę morfologiczną komórek hUC-MSCs przeprowadzono poprzez ich obserwację w czasie 24, 48 i 72 h hodowli na podłożu opartym o rGO. Wpływ rGO na fenotyp hUC-MSCs sprawdzono przeprowadzając ocenę poziomu ekspresji antygenów powierzchniowych CD45, CD90 oraz CD105 po 72 h hodowli i wykorzystaniu cytometrii przepływowej. W celu oceny tempa wzrostu wykonano test proliferacji w komorze Burkera. Ocenę żywotności komórek hUC-MSCs hodowanych na podłożach opartych o rGO, wykonano przy użyciu komercyjnie dostępnego zestawu FITC Annexin V Apoptosis Detection Kit I (BD Pharmingen). Kontrolę stanowiły hUC-MSCs hodowane na standardowej płytce hodowlanej.Analiza morfologiczna wykazała znaczące obkurczenie komórek hodowanych przez 72h na grubej warstwie rGO o wysokim stopniu zredukowania, które może świadczyć o rozpoczęciu procesu apoptozy. Uzyskane wyniki wskazują na znaczący wpływ rGO o wysokim stopniu redukcji na zahamowanie wzrostu komórek i zwiększenie ich śmiertelności na drodze apoptozy. We wszystkich badanych warunkach, komórki wykazywały wysoką ekspresję antygenów typowych dla komórek mezenchymalnych (CD90 i CD105), przy jednoczesnej bardzo niskiej ekspresji charakterystycznego dla komórek hematopoetycznych antygenu CD45.Wyniki uzyskane w pracy wskazują, że podłoża hodowlane oparte o rGO mają istotny wpływ na zachowanie komórek hUC-MSCs i ich podstawowe biologiczne właściwości.

Human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells (hUC-MSCs) are characterized by noninvasive isolation procedure, immunosuppressive activity and high differentiation potential. These properties make them optimal cell to application in regenarative medicine. The recent researches indicate that graphene and it’s derivatives possess the ability to regulate stem cells proliferation, viability and potential to differentiation.The aim of the study was to compare the influence of reduced graphene oxide (rGO) scaffolds in different level of reduction and thickness on morphology, phenotype, proliferation rate and viability of hUC-MSCs in in vitro study. Morphological analysis of hUC-MSCs were carried out after 24, 48 and 72 h cell culture on rGO scaffolds. The influence of rGO on phenotype of hUC-MSCs was examined by evaluation of the level of surface antigens CD45, CD90 and CD105 by flow cytometry. The proliferation rate was investigated by proliferation test in a Burker chamber. The assessment of cell viability of hUC-MSCs cultured on rGO substrates, was conducted using a commercially available kit Annexin V FITC Apoptosis Detection Kit I (BD Pharmingen). Standard plastic plate was used as a control.The results indicate that highly reduced and thick film of rGO may influence on morphology changes of hUC-MSCs what may suggest inducing of apoptosis process. We showed that highly reduced rGO scaffolds inhibit cells proliferation and stimulate apoptosis. In all examined conditions hUC-MSCs exhibit high expression level of mesenchymal antigens (CD90 and CD105), with simultaneously low level of hematopoietic marker (CD45). The obtained results demonstrated that rGO based scaffolds possess relevant impact on hUC-MSCs behavior and their basic biological properties.