Therapeutic potential for peripheral nerve regeneration by Schwann cell-like cells differentiated from tonsil-derived mesenchymal stem cells in a mouse model of CMT1A disease

Abstract

Charcot–Marie–Tooth disease (CMT) is a hereditary peripheral nerve disease that occurs in 1 in 2,500 people, and the phenotype and genetic causes are heterogeneous. CMT type 1A (CMT1A) is a type of inherited disorder that affects the peripheral nerves and is caused by a duplication of the gene for peripheral myelin protein 22 (PMP22). Human tonsil-derived mesenchymal stem cells (TMSCs) are useful for stem cell therapy in various diseases and can be differentiated into Schwann cell-like cells (TMSC-SCs). The potential of TMSC-SCs called neuronal regeneration-promoting cells (NRPCs) for peripheral nerve and muscle regeneration in C22 mice, a model for CMT1A, was investigated. NRPCs manufactured in a good manufacturing practice facility were transplanted into the bilateral thigh muscles of C22 mice (NRPC group) and performed sciatic nerve function and nerve conduction tests, and histological and ultrastructural analyses. Motor function in the NRPC groups was much improved compared with that in the sham group at 12 weeks post-transplantation. The ratio of myelinated axons to total axons was significantly increased in the NRPC groups compared with the ratio in the sham group. NRPC groups also had a significantly reduced G-ratio compared with that in the sham group. In addition to the downregulation of Pmp22 overexpression, regeneration of the sciatic nerve and muscle was observed in the NRPC groups in a dose-dependent manner. The sciatic nerve regeneration was clearly induced by remyelination of peripheral nerves by NRPC transplantation. These results suggest that NRPCs are useful for the therapy of patients with CMT1A.;샤르코 마리 투스병 (Charcot-Marie-Tooth disease, CMT)은 2,500명 중 1명꼴로 발생하는 유전병으로, 표현형과 유전적 원인이 매우 이질적이다. CMT1A는 말초 신경에 영향을 미치는 유전성 신경 장애의 일종으로 PMP22 유전자의 추가 사본을 가짐으로써 발생한다. 인간 편도유래 줄기세포 (Tonsil-derived mesenchymal stem cells, TMSCs)는 다양한 질병의 줄기세포 치료에 유용하며 슈반세포 유사세포 (Schwann cell-like cells, SCs)로 분화할 수 있다. 본 연구에서는 CMT1A의 모델인 C22 마우스에서 말초 신경 및 근육 재생을 위한 TMSC-SCs의 가능성을 조사하였다. TMSC-SCs는 GMP 시설에서 제조되었으며 개발을 위해 NRPC (Neuronal Regeneration Promoting Cell, 신경 재생 촉진 세포)로 명명되었다. C22 마우스의 양측 대퇴부 근육에 NRPC를 이식하고 C22 마우스에서 행동 관찰, 좌골신경 기능 검사, 신경 전도 검사, 조직 염색 및 전자현미경 소견에 기초한 형태학적 분석을 관찰하였다. NRPC를 이식한 그룹의 운동 기능은 이식 후 12주에 NRPC를 이식하지 않은 그룹에 비해 훨씬 개선되었다. 투과 전자 현미경을 이용하여 C22 마우스의 좌골 신경 구조의 회복을 관찰하였다. 전체 축삭 중 수초 축삭의 비율은 NRPC를 이식하지 않은 그룹에 비해 NRPC를 이식한 그룹에서 유의하게 증가하였다. NRPC를 이식한 그룹은 NRPC를 이식하지 않은 그룹에 비해 G-비율 값도 크게 감소하였다. NRPC를 이식한 모든 그룹에서 좌골신경 및 근육의 재생이 관찰되었으며, 반복이식의 대부분의 결과에서 용량 의존적으로 나타났다. C22 마우스의 좌골 신경 재생은 NRPC를 이식한 후 말초 신경의 재수초화에 의해 확실하게 유도되었다. NRPC의 이식은 CMT1A 환자의 말초 신경 재생 및 근육 회복을 가능하게 할 수 있을 것으로 예상된다.