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Título
Influences of Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells and Their Exosomes on Tumor Cell Phenotype
Autor(es)
Director(es)
Materia
Tesis y disertaciones académicas
Universidad de Salamanca (España)
Tesis Doctoral
Academic dissertations
UCMSCs
Exosomes of UCMSCs
Tumor phenotype
Glioma
Gastric carcinoma
Lung carcinoma
Exosomas derivados de UCMSCs
Fenotipo tumoral
Carcinoma gástrico
Carcinoma de pulmón
Clasificación UNESCO
3213 Cirugía
Fecha de publicación
2024
Resumen
[EN] Backgrounds: Umbilical cord mesenchymal stem cells (UCMSCs) are derived from umbilical cord tissue. Due to their low immunogenicity, easy availability, mature culture technology, and lack of ethical controversy, they have gradually emerged as a focal point in stem cell research. Exosomes are cell-derived vesicles with a structure consistent with the cell membrane, primarily functioning as carriers to transport substrates for intercellular communication and regulation. Presently, both stem cells and their exosomes have emerged as highly promising biopharmaceuticals widely utilized in various clinical studies, including wound healing, spinal cord injury, post-operative rehabilitation, neurological disorders, and autoimmune diseases. However, the safety of these biologics remains uncertain, with some studies suggesting the potential tumorigenicity of stem cells and their exosomes. The objective of this study was to investigate the effects of UCMSCs and their exosomes on four types of tumor cells.
Methods: In this study, first of all, UCMSCs and their exosomes were isolated and characterized. Subsequently, the study was performed in cell experiments. The effects of UCMSCs and their exosomes on four types of tumor cells (blast cancer cell line, gastric cancer cell line, glioma cell line, lung cancer cell line) were observed through co-culture experiments. The observables included the effects on in vitro phenotype and in vivo growth characteristics. Changes in gene expression were analyzed using high-throughput sequencing technology to elucidate the biological functions and roles of UCMSCs and their exosomes on tumor cells. Results: UCMSCs were successfully isolated, cultured, and identified. They demonstrated the capacity for differentiation into adipocytes, osteoblasts, chondrocytes, and neuron-like cells, indicating their multi-lineage differentiation potential. The UCMSCs-exos exhibited a diameter ranging from 30 to 150 nm, with an average size of 126.62 ± 1.64 nm, and showed increased expression of Tsg101, CD9, and CD63 proteins (P < 0.05). In cell experiments, the intervention of UCMSCs and UCMSCs-exos led to increased invasion and migration of MDA-MB-231 and BGC-823 cells (P < 0.05). A549 cells displayed enhanced migratory capacity (P < 0.05) with minimal change in invasiveness, while LN-229 cells exhibited suppressed activity (P < 0.05). Molecular experiments revealed no significant difference in ROS, MDA, and SOD assays between the primary cells, UCMSCs group, and UCMSCs-exos group (P > 0.05). However, in LN-229 cells, ROS and MDA levels were reduced, and SOD levels were increased in the UCMSCs group compared to the UCMSCs-exos group (P < 0.05). Furthermore, UCMSCs and UCMSCs-exos did not affect the expression of NF-κB and p53 proteins in MDA-MB-231, BGC-823, and A549 cells (P > 0.05). In contrast, they inhibited the expression of NF-κB and p53 proteins in LN-229, with UCMSCs-exos demonstrating a more pronounced inhibitory effect (P < 0.05).
Conclusions: In conclusion, this study successfully isolated UCMSCs and their exosomes. They promote the proliferation, migration, and invasion of four types of tumor cells involves altering the cell cycle. Additionally, UCMSCs and their extracellular vesicles are influenced by oxidative stress, and the NF-κB/P53 signaling pathway is implicated. These findings provide preliminary evidence that stem cells and their exosomes may not be suitable for patients with tumor diseases, offering an experimental basis for the potential clinical application safety of this technology in treatment.
[ES] Antecedentes: Las células madre mesenquimales del cordón umbilical (UCMSCs) se derivan del tejido del cordón umbilical. Debido a su baja inmunogenicidad, fácil disponibilidad, tecnología de cultivo madura y falta de controversia ética, se han convertido gradualmente en un punto focal en la investigación con células madre. Los exosomas son vesículas derivadas de células con una estructura consistente con la membrana celular, que funcionan principalmente como portadores de sustratos de transporte para la comunicación y regulación intercelular. En la actualidad, tanto las células madre como sus exosomas se han convertido en productos biofarmacéuticos muy prometedores ampliamente utilizados en diversos estudios clínicos, como la cicatrización de heridas, las lesiones de la médula espinal, la rehabilitación postoperatoria, los trastornos neurológicos y las enfermedades autoinmunes. Sin embargo, la seguridad de estos productos biológicos sigue siendo incierta, y algunos estudios sugieren la posible tumorigénesis de las células madre y sus exosomas. El objetivo de este estudio fue investigar los efectos de las UCMSCs y sus exosomas en cuatro tipos de células tumorales. Métodos: En este estudio, en primer lugar, se aislaron y caracterizaron las UCMSC y sus exosomas. Posteriormente, el estudio se realizó en experimentos celulares. Los efectos de las UCMSC y sus exosomas en cuatro tipos de células tumorales (línea celular de cáncer de blasto, línea celular de cáncer gástrico, línea celular de glioma y línea celular de cáncer de pulmón) se observaron a través de experimentos de cocultivo. Los observables incluyeron los efectos sobre el fenotipo in vitro y las características de crecimiento in vivo. Los cambios en la expresión génica se analizaron utilizando tecnología de secuenciación de alto rendimiento para dilucidar las funciones biológicas y los roles de las UCMSC y sus exosomas en las células tumorales.
Resultados: Las UCMSC fueron exitosamente aisladas, cultivadas e identificadas. Demostraron la capacidad de diferenciación en adipocitos, osteoblastos, condrocitos y células similares a neuronas, lo que indica su potencial de diferenciación multilinaje. Los UCMSCs-exos exhibieron un diámetro que varió de 30 a 150 nm, con un tamaño promedio de 126.62 ± 1.64 nm, y mostraron una mayor expresión de las proteínas Tsg101, CD9 y CD63 (P < 0.05). En experimentos celulares, la intervención de UCMSCs y UCMSCs-exos condujo a un aumento de la invasión y migración de células MDA-MB-231 y BGC-823 (P < 0,05). Las células A549 mostraron una mayor capacidad migratoria (P < 0,05) con un cambio mínimo en la invasividad, mientras que las células LN-229 mostraron una actividad suprimida (P < 0,05). Los experimentos moleculares no revelaron diferencias significativas en los ensayos de ROS, MDA y SOD entre las células primarias, el grupo de UCMSCs y el grupo de UCMSCs-exos (P > 0,05). Sin embargo, en las células LN-229, los niveles de ROS y MDA se redujeron, y los niveles de SOD aumentaron en el grupo de UCMSCs en comparación con el grupo de UCMSCs-exos (P < 0,05). Además, las UCMSCs y las UCMSCs-exos no afectaron la expresión de las proteínas NF-
κB y p53 en las células MDA-MB-231, BGC-823 y A549 (P > 0,05). Por el contrario, inhibieron la expresión de las proteínas NF-κB y p53 en LN-229, y las UCMSCs-exos demostraron un efecto inhibidor más pronunciado (P < 0,05).
Conclusiones: En conclusión, este estudio aisló con éxito las UCMSC y sus exosomas. Promueven la proliferación, migración e invasión de cuatro tipos de células tumorales que implican la alteración del ciclo celular. Además, las UCMSC y sus vesículas extracelulares están influenciadas por el estrés oxidativo, y la vía de señalización NF-κB/P53 está implicada. Estos hallazgos proporcionan evidencia preliminar de que las células madre y sus exosomas pueden no ser adecuados para pacientes con enfermedades tumorales, ofreciendo una base experimental para la posible seguridad de la aplicación clínica de esta tecnología en el tratamiento.
URI
DOI
10.14201/gredos.158796
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