The effects of topical mesenchymal stem cell transplantation in canine experimental cutaneous wounds

BACKGROUND: Adult stem cells have been widely investigated in bioengineering approaches for tissue repair therapy. We evaluated the clinical value and safety of the application of cultured bone marrow-derived allogenic mesenchymal stem cells (MSCs) for treating skin wounds in a canine model. HYPOTHESIS: Topical allogenic MSC transplantation can accelerate the closure of experimental full-thickness cutaneous wounds and attenuate local inflammation. ANIMALS: Adult healthy beagle dogs (n = 10; 3–6 years old; 7.2–13.1 kg) were studied. METHODS: Full-thickness skin wounds were created on the dorsum of healthy beagles, and allogenic MSCs were injected intradermally. The rate of wound closure and the degree of collagen production were analysed histologically using haematoxylin and eosin staining and trichrome staining. The degree of cellular proliferation and angiogenesis was evaluated by immunocytochemistry using proliferating cell nuclear antigen-, vimentin- and α-smooth muscle actin-specific antibodies. Local mRNA expression levels of interleukin-2, interferon-γ, basic fibroblast growth factor and matrix metalloproteinase-2 were evaluated by RT-PCR. RESULTS: Compared with the vehicle-treated wounds, MSC-treated wounds showed more rapid wound closure and increased collagen synthesis, cellular proliferation and angiogenesis. Moreover, MSC-treated wounds showed decreased expression of pro-inflammatory cytokines (interleukin-2 and interferon-γ) and wound healing-related factors (basic fibroblast growth factor and matrix metalloproteinase-2). CONCLUSION AND CLINICAL IMPORTANCE: Topical transplantation of MSCs results in paracrine effects on cellular proliferation and angiogenesis, as well as modulation of local mRNA expression of several factors related to cutaneous wound healing. RÉSUMÉ: CONTEXTE: Les cellules souches adultes ont été largement étudiées dans les approches de bio-ingénierie pour la thérapie de réparation tissulaire. Nous évaluons l'efficacité clinique et la sécurité de l'application de cellules souches mésenchymateuses allogéniques en culture dérivées de moelle osseuse (MSCs) pour le traitement de plaies cutanées dans un modèle canin. HYPOTHÈSE: La transplantation de MSC allogénique topique peut accélérer la fermeture en toute épaisseur de plaies cutanées expérimentales et atténuer l'inflammation locale. SUJETS: Des chiens beagles adultes sains (n = 10; 3–6 ans; 7.2–13.1 kg) ont été étudiés. MÉTHODES: Des plaies cutanées en pleine épaisseur ont été crées sur la face dorsale des beagles sains et des MSCs allogènes ont été injectées par voie intradermique. Le taux de cicatrisation et le degré de production de collagène ont été analysés sur le plan histologique par colorations à l'hématoxyline et éosine et par trichrome. Le degré de prolifération cellulaire et d'angiogénèse ont été évalués par immunohistochimie à l'aide d'anticorps spécifiques d'antigène nucléaire de prolifération cellulaire, de vimentine et d'actine de muscle lisse α. Les taux d'expression local d'ARNm d'interleukine-2, d'interféron-γ, du facteur de croissance basique de fibroblaste et de métalloprotéinase-2 de matrice, ont été évalués par RT-PCR. RÉSULTATS: Comparé avec les plaies traitées par excipient, les plaies traitées par les MSCs ont montré une plus rapide cicatrisation et une augmentation de synthèse de collagène, de prolifération cellulaire er d'angiogénèse. En outre, Les plaies traitées au MSC ont montré une expression diminuée de cytokines pro-inflammatoires (interleukine-2 et interféron-γ) et des facteurs liés à la cicatrisation (facteur de croissance basique de fibroblaste et métalloprotéinase-2 de matrice). CONCLUSION ET IMPORTANCE CLINIQUE: La transplantation topique de MSCs résulte en des effets paracrines de prolifération cellulaire et d'angiogénèse ainsi qu'en une modulation de l'expression locale d'ARNm de plusieurs facteurs liés à la cicatrisation cutanée. RESUMEN: INTRODUCCIÓN: Las células madre de adultos se han estudiado extensivamente en estrategias de bioingeniería para la reparación de tejidos. Hemos evaluado el valor clínico y la seguridad de la aplicación de células madre mesenquimales (MSCs) alogenéicas derivadas de la medula ósea para tratar las heridas de la piel en un modelo canino. HIPÓTESIS: El transplante tópico alogenéico de MSCs puede acelerar la cicatrización de heridas cutáneas experimentales de todo el grosor de la piel y disminuir la inflamación local. ANIMALES: Se estudiaron perros de raza Beagle sanos adultos (n=10; de 3-6 años de edad; 7,2-13,1 kg de peso). MÉTODOS: Se crearon heridas de todo el grosor de la piel en el dorso de perros Beagle sanos, y se inyectaron MSCs alogenéicas intradérmicamente. El ritmo de reparación de la herida y el grado de producción de colágeno se analizaron histológicamente utilizando tinciones de hematoxilina-eosina y tricrómico. El grado de proliferación celular y la angiogenesis se evaluaron mediante inmunohistoquímica utilizando anticuerpos específicos para el antígeno de proliferación celular nuclear (PCNA), vimentina y α-actina de músculo liso. La expresión local de mRNA para interleuquina-2 (IL-2), interferón- γ (IFN- γ), factor básico de crecimiento de fibroblastos (BFGF) y metaloproteinasa de matriz-2 se evaluaron mediante RT-PCR. RESULTADOS: comparado con las heridas tratadas solo con el vehículo, las heridas tratadas con MSCs mostraron una reparación más rápida y un aumento en la producción de colágeno, proliferación celular y angiogenesis. Además, las heridas tratadas con MSCs mostraron una expresión aumentada de citoquinas proinflamatorias (IL-2 e IFN- γ) y factores relacionados con la reparación de la herida (BFGF y metaloproteinasa de matriz-2). CONCLUSIÓN E IMPORTANCIA CLÍNICA: El transplante tópico de MSCs resulta en efectos paracrinos en la proliferación celular y angiogenesis, así como en la modulación de la expresión de mRNA de diversos factores relacionados con la cicatrización de heridas. ZUSAMMENFASSUNG: HINTERGRUND: Adulte Stammzellen sind für ihre biotechnologische Verwendung bei der Wiederherstellung von Geweben bereits weit reichend erforscht. Wir haben die klinische Bedeutung und Sicherheit der Applikation von kultivierten allogenen mesenchymalen Stammzellen (MSCs) aus dem Knochenmark zur Behandlung von Hautwunden in einem caninen Modell evaluiert. HYPOTHESE: Die topische allogene MSC Transplantation kann den Wundverschluss experimenteller Hautwunden (Brandwunden Grad III) beschleunigen und die lokale Entzündung mildern. TIERE: Erwachsene gesunde Beagles (n=10; 3-6 Jahre alt; 7,2-13,1kg) wurden in der Studie verwendet. METHODEN: Es wurden Hautwunden 3. Grades am Rücken der gesunden Beagles verursacht und allogene MSCs intradermal injiziert. Die Schnelligkeit des Wundverschlusses und das Ausmaß der Kollagenproduktion wurden histologisch mittels Hämatoxylin und Eosin Färbung und Trichromfärbung untersucht. Das Ausmaß der zellulären Proliferation und der Angiogenese wurde mittels Immunzytochemie unter Verwendung von Proliferating-Cell-Nuclear-Antigen, Vimentin und Alpha Smooth Muscle Actin-spezifischen Antikörpern evaluiert. Die lokale Exprimierung von mRNA von Interleukin-2, Interferon-γ, Basic Fibroblasten Wachstumsfaktor und Matrix Metalloproteinase-2 wurde mittels RT PCR evaluiert. ERGEBNISSE: Im Vergleich zu den Wunden, die nur mit dem Trägermedium behandelt worden waren, zeigten die mit MSC-behandelten Wunden einen rascheren Verschluss und eine erhöhte Kollagensynthese, zelluläre Proliferation und Angiogenese. Darüber hinaus zeigten MSC-behandelte Wunden eine verminderte Exprimierung pro-entzündlicher Zytokine (Interleukin-2 und Interferon-γ) und Wundheilungsfaktoren (Basic Fibroblasten Wachstumsfaktor und Matrix Metalloproteinase-2). SCHLUSSFOLGERUNG UND KLINISCHE BEDEUTUNG: Die topische Transplantation von MSCs resultiert in parakrinen Effekten auf die zelluläre Proliferation und Angiogenese sowie die Modulierung lokaler mRNA Exprimierung verschiedener Faktoren, die mit der Wundheilung der Haut im Zusammenhang stehen. 摘要: 背景: 以成体干细胞的生物工程法用于组织修复治疗已被广泛研究。将骨髓培养得到的外源性间充质干细胞(MSCs)用于犬模型上治疗皮肤创伤,我们来评估其临床价值和安全性。 假设: 局部外源性MSC移植能使试验的皮肤创口全层愈合加快,并使局部炎症减轻。 动物: 研究成年健康比格犬(n = 10;3–6 岁;7.2–13.1 kg)。 方法: 在健康的比格犬背部创造全层皮肤创口,皮内注射外源性MSCs。使用苏木精和伊红染色法和三色染色法,从组织结构上分析伤口愈合率和胶原产生的程度。通过免疫细胞化学使用增殖细胞核抗原、维生素和α-平滑肌肌动蛋白-特定抗体,评估细胞增殖和血管生成程度。通过RT PCR评估白介素-2、γ-干扰素、基纤维母细胞生长因子和基质金属蛋白酶-2局部mRNA表达等级。 结果: 与媒介物治疗创口相比,MSC治疗创口显示出更快的创口愈合,以及胶原合成、细胞增殖和血管生成增加。 此外,MSC治疗创口显示出炎性细胞因子(白介素-2和γ-干扰素)和与创口愈合相关因子(碱性成纤维细胞生长因子和基质金属蛋白酶-2)表达减少。 结论和临床价值: 局部移植MSCs造成了对细胞增殖和血管生成的旁分泌作用,也同样引起几个与皮肤创伤愈合相关因子局部mRNA表达的调节。 要約: 背景: 成熟した幹細胞は組織修復療法に対して生物工学的なアプローチで広く研究されている。著者らは培養した骨髄由来の同種異系の間葉系肝細胞(MSCs)を犬の皮膚創傷の治療に応用し、臨床的な価値と安全性を評価した。 仮説: 同種異系MSCの局所への移植は実験的な皮膚全層創傷の閉鎖と炎症の軽減を加速する可能性がある。 供与動物: 成熟した健常ビーグル犬(n = 10; 3–6 歳齢; 7.2–13.1 kg)を用いた。 方法: 健常ビーグルの背部に皮膚全層潰瘍を作成し、同種異系MSCを皮内に注射した。創傷閉鎖率とコラーゲン産生度をヘマトキシリン染色トリクローム染色を用いて組織学的に解析した。細胞増殖度と血管新生は核内増殖抗原−、ビメンチン−、α−平滑筋アクチン−特異的抗体を用いて免疫組織化学染色で評価した。局所のインターロイキン−2、インターフェロンγ、塩基性線維芽細胞増殖因子とマトリックスメタロプロテアーゼ2のmRNA発現レベルをRT-PCRで評価した。 結果: 賦形剤のみで治療した創傷と比較し、MSCで治療した創傷はより早期に閉鎖し、コラーゲン合成の増加、細胞増殖や血管新生を示した。さらに、MSCで治療した創傷は炎症後サイトカイン(インターロイキン−2とインターフェロン−γ)と創傷治癒関連因子(塩基性線維芽細胞増殖因子とマトリックスメタロプロテアーゼ−2)の発現が減少していた。 結論と臨床的な重要性: MSCの局所への移植により細胞増殖と血管新生に対してはパラクライン効果を示すのと同時に,皮膚創傷治癒に関連する様々な因子の局所mRNA発現を調節した。