Influence of mechanical factors on growth and osteogenesis of mesenchymal stem cells.

Komórki macierzyste są aktualnie najistotniejszym wykorzystywanym materiałem w inżynierii tkankowej. Najczęściej stosowane są mezenchymalne komórki macierzyste ze względu na duży potencjał różnicowania, na przykład w chondrocyty, osteoblasty, adipocyty i mioblasty. Istotną zaletą jest również łatwość pozyskiwania – ze szpiku kostnego, czy tkanki tłuszczowej. Metody te niosą różne obciążenie dla pacjenta, jak również inna jest zawartość mezenchymalnych komórek macierzystych w aspiratach szpiku i tkanki tłuszczowej. W indukowanej laboratoryjnie osteogenezie mezenchymalne komórki macierzyste poddaje się stymulacji chemicznej poprzez pożywkę wzbogaconą w deksametazon, kwas askorbinowy i β-glicerofosforan . W organizmie istotnymi czynnikami kierującymi różnicowanie komórek w dany typ są obciążenia fizyczne. Prowadzone są badania mające na celu odwzorowanie warunków fizjologicznych i optymalizację różnicowania. W tej pracy przedstawiono wpływ wydłużania 5% o częstotliwości 1 Hz, naprężenia 0,5 Hz, wydłużania 0,17 Hz 2,5%, perfuzji, ultradźwięków, mikrowibracji, wibracji oraz pulsacyjnego pola elektromagnetycznego na osteogenezę mezenchymalnych komórek macierzystych. Udowodniono, że rozciąganie 2,5% oraz mikrowibracje miały wpływ na spadek podziałów komórek. Pozostałe typy stymulacji wpłynęły korzystnie na proliferację. Sprawdzano również, jak dany typ stymulacji wpływa na ekspresję poszczególnych markerów osteogenezy i czy ekspresjonowane są na właściwym etapie różnicowania. Okazało się, że nie ma jednego, idealnego typu stymulacji – każdy moduluje ekspresję markerów z różnym rezultatem. Optymalizacja osteogenezy in vitro poprzez łączenie różnych typów stymulacji stosowanych w różnych momentach powinna być istotnym obiektem badań. Rezultaty tych prac mogą się przyczynić do polepszenia jakości wyhodowanej tkanki kostnej oraz zwiększenia skuteczności terapii klinicznej z jej udziałem.

Stem cells are nowadays most important material used in tissue engineering. Most often used type of stem cells ale mesenchymal stem cells because of their potential of differentiating into, in example, chondrocytes, osteoblasts, adipocytes, and myoblasts. Important advantage is ease of obtaining – from adipose tissue or bone marrow. These methods carry different burden for patient, as well as there are different quantity of mesenchymal stem cells in bone marrow aspirates or adipose tissue aspirates. During induced osteogenesis in laboratory, cells are subjected to chemical stimulation by medium enriched by dexamethasone, ascorbic acid and β-glycerophosphate. In organism important factors directing differentiation toward a particular type of cells are physical loadings. Several studies are aimed at reproducing the physiological conditions and optimization of the differentiation. In this study are presented influence of 5% 1Hz strain, , 0,5 Hz tensile strain, 0,17 Hz 2,5% stretching, perfusion, ultrasounds, microvibrations, vibrations and pulsed electromagnetic field on mesenchymal stem cells osteogenesis. It was shown, that 2,5% stretching and microvibrations were affected in decreasing of proliferation rate. Other types of stimulation had positive influence on proliferation. It was also examined how the type of stimulation is affecting expression of particular osteogenesis markers and if they are expressed at proper stage of differentiation. It was found, that there is no perfect type of stimulation – each of them modulate different marker expression at different times. Osteogenesis optimalization in vitro by combining various types of mechanical loading at different Times should be important aim of research. Results of this future research can contribute to improving the quality of tissue and increasing the effectiveness of clinical therapy.