Schwann cell-like cells derived from tonsil mesenchymal stem cells provide a regeneration effect on sensory nerves in diabetic neuropathy

Abstract

Diabetic neuropathy is the most common complication of diabetes mellitus. About 50% of patients with diabetes suffer from peripheral neuropathy, which is abundant. Nerve fiber loss in diabetic neuropathy (DN) occurs due to myelin defects and is therefore characterized by symptoms of impaired nerve function. Schwann cells (SCs) are the main support cells of the peripheral nervous system, and play important roles in the pathogenesis of DN as well as in several pathways contributing to the development of DN. Therefore, primary SCs or neurotrophic factors secreted from SCs can be therapeutic candidates for DN. Previous studies have shown that SCs differentiated from tonsil-derived mesenchymal stem cells (TMSC-SCs) effectively promote peripheral nerve regeneration in peripheral nerve injury or inherited peripheral neuropathy animal models. In this study, TMSC-SCs were transplanted into the thigh muscles of BKS-db/db mice, a commonly used type 2 diabetes model, and monitored for 26 weeks. A Von Frey test was performed at 1 week before and 1, 4, 8, 12, 16, 20, 22 and 26 weeks after transplantation. A sensory nerve conduction study (NCS) was performed at 16 and 26 weeks after transplantation. The sural nerve was stained with toluidine blue. Myelinated nerve fibers were observed via immunohistochemistry of the myelin basic protein (MBP) and the neurofilament heavy (NF-H) in the sural nerve. Also, the expression of protein gene product 9.5 (PGP9.5), which is associated with the regeneration of peripheral sensory nerve fibers in the hind paw, and transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1), which is a pain-related receptor in the dorsal root ganglia (DRG), were also observed in db/db mice. After administering TMSC-SCs, the Von Frey results suggest that the TMSC-SCs-treated group showed a faster response to less force than the vehicle group. The myelination of nerve fibers in the sural nerve was clearly observed, and the myelination ratio was also increased in the sural nerves of treated mice. The upregulation of PGP9.5 expression in treated mice suggests the possibility of improving the response to external stimulation and pain reduction in the peripheral area receiving stimulation. The upregulation of TRPV1 expression in the dorsal root ganglia of treated mice predicts a partial improvement in reduced pain sensation due to DN. This study has demonstrated that treatment with TMSC-SCs in patients with DN could provide a better life to those suffering from neuropathic complications. TMSC-SCs were transplanted into the thigh muscles of BKS db/db mice, and Von Frey test and sensory NCSs were conducted to detect changes in the peripheral sensor. At 26 weeks after TMSC-SC transplantation, the expressions of TRPV1 on DRG were improved to the level of the non-diabetes. The myelination pattern of the sural nerve, which is responsible for sensation in the feet and lower extremities, was also well maintained with an even distribution compared to the vehicle group. The expression of PGP9.5, detectable by IENF density as a sensitive marker of sensory nerve fiber loss associated with diabetic neuropathy, was observed in the hind paw.;당뇨병성 신경병증은 당뇨병의 가장 흔한 합병증이다. 당뇨병 환자의 약 50%는 신경병증의 흔한 유형인 말초신경병증을 앓고 있다. 당뇨병성 신경병증의 신경 섬유 손실은 미엘린 결함으로 인해 발생하므로 신경 기능 장애 증상이 특징이다. Schwann 세포는 말초 신경계의 주요 지지 세포이며 DN의 발병에 중요한 역할을 하며 DN의 발달에 기여하는 여러 경로에서 역할을 한다. 따라서 일차 배양된 슈반 세포 또는 슈반 세포에서 분비되는 신경영양 인자가 DN의 치료 후보가 될 수 있다. 이전 연구에서는 편도선 유래 중간엽 줄기세포에서 분화된 슈반 세포(TMSC-SC)가 말초 신경 손상 또는 유전성 말초 신경병증 동물 모델에서 말초 신경 재생을 효과적으로 촉진하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되는 제2형 당뇨병 모델인 BKS-db/db 마우스의 허벅지 근육에 TMSC-SC를 이식하고 26주 동안 모니터링했다. Von Frey 테스트는 이식 1주 전과 이식 후 1, 4, 8, 12, 16, 20, 22, 26주에 시행되었다. 감각 신경 전도 연구는 이식 후 16주와 26주에 수행되었다. 비복 신경은 톨루이딘 블루로 염색되었다. 비복신경의 수초 염기성 단백질(MBP)과 신경 미세 섬유 중질(NF-H)의 면역조직화학검사에 의해서 수초화된 신경섬유를 관찰하였다. 또한 뒷발의 말초 감각 신경 섬유의 재생과 관련된 Protein Gene Product 9.5 (PGP9.5)와 후근 신경절(DRG)의 통증 관련 수용체인 일시적 수용체 전위 바닐로이드 1(TRPV1)의 발현 또한 db/db mice에서 확인되었다. TMSC-SC를 투여한 후 Von Frey 결과는 TMSC-SC 처리 그룹이 Vehicle 그룹보다 적은 힘에 더 빠른 반응을 보인 것으로 나타났다. 비복 신경의 신경 섬유의 수초화가 명확하게 관찰되었으며 처리된 마우스의 비복 신경에서도 수초화 비율이 증가했다. 처리된 마우스에서 PGP9.5 발현의 상향 조절은 외부 자극에 대한 반응을 개선하고 자극을 받는 주변 부위의 통증 감소를 완화할 가능성을 시사한다. 세포 처리된 마우스의 DRG에서 TRPV1 발현의 상향 조절은 DN으로 인한 통증 감각 감소의 부분적 개선을 예측한다. 이번 연구는 DN 환자에게 TMSC-SC를 이용한 치료가 신경병증 합병증으로 고통받는 환자에게 더 나은 삶을 제공할 수 있음을 시사했다.