Effect of Human Umbilical Cord Blood-Derived Mesenchymal Stem Cells on Proliferation and Matrix Synthesis of Diabetic Fibroblasts in Vitro

Abstract

Background: Previous studies demonstrated that human bone marrow-derived mesenchymal stromal cells have great potential for wound healing. However, it is difficult to clinically utilize cultured stem cells. Recently, human umbilical cord blood-derived mesenchymal stromal cells (hUCB-MSCs) have been commercialized for cartilage repair as a first cell therapy product using allogeneic stem cells. In a previous pilot study, the authors reported that hUCB-MSCs have a superior effect on the healing of acute wounds compared with fibroblasts in vitro. The present study was designed to compare the effect of hUCB-MSCs with that of healthy fibroblasts on the activity of diabetic fibroblasts in vitro. Methods: Diabetic fibroblasts were cultured in 24-well culture plates. Three groups were evaluated: group I, diabetic fibroblasts only (n=2); group II, diabetic fibroblasts co-cultured with healthy fibroblasts (n=10); group III, diabetic fibroblasts co-cultured with hUCB-MSCs (n=10). After 3-day incubation, cell proliferation, collagen synthesis levels, and glycosaminoglycan levels, which are the major contributing factors in wound healing, were measured. Results: Group III had the highest cell proliferation, collagen synthesis, and glycosaminoglycan levels, followed by group II and group I. There were significant statistical differences between groups II and III in collagen synthesis, and glycosaminoglycan levels (p = 0.029 and p = 0.019, respectively). Conclusion: These results demonstrate that human UCB-MSCs are superior to fibroblasts in stimulating the activity of diabetic fibroblasts.;배 경: 인간 골수 유래 중간엽 줄기세포가 상처 치유에 도움이 된다고 밝혀진 바 있다. 하지만, 임상적 사용을 위해 골수 유래 줄기세포를 채취해서 배양하는 것은 쉽지 않은 일이다. 최근에, 인간 제대혈 유래 중간엽 줄기세포를 연골 재생 치료에 사용하기 위한 상품이 개발되었고, 국내 첫 동종 줄기세포 이식 치료제로 허가를 받았다. 이를 바탕으로 한 이전의 연구에서, 인간 제대혈 유래 중간엽 줄기세포가 일반 창상의 상처 치유에 있어서도 건강한 섬유아세포보다 우수한 효과를 가지고 있음이 실험실 연구를 통해 입증된 바 있다. 하지만 일반적인 창상과 만성적인 당뇨병성 창상은 그 기전에 있어서 많은 차이가 있다. 그리하여 이번 연구는, 날로 늘어가고 있는 당뇨병성 창상 치료에 있어서 인간 제대혈 유래 중간엽 줄기세포의 적용 가능성을 알아보기 위해, 인간 제대혈 유래 중간엽 줄기세포가 당뇨병성 섬유아세포에 미치는 영향을 건강한 섬유아세포가 미치는 영향과 비교해 보았다. 방 법: 당뇨병성 섬유아세포를 24-well 배양 접시에 배양한다. 그룹 1; 당뇨병성 섬유아세포 단독 배양 (n=2), 그룹 2; 당뇨병성 섬유아세포와 건강한 섬유아세포 공동 배양 (n=10), 그룹 3; 당뇨병성 섬유아세포와 인간 제대혈 유래 중간엽 줄기세포 공동 배양 (n=10) 이렇게 세 그룹으로 나누어 관찰한다. 3일간 배양한 후, 세포 증식 정도, 콜라겐 합성 정도, glycosaminoglycan (GAG) 합성 정도를 평가하였다. 결 과: 당뇨병성 섬유아세포와 인간 제대혈 유래 중간엽 줄기세포를 같이 배양한 그룹 3이 세포 증식, 콜라겐 합성, GAG 합성에 있어서 다른 그룹에 비해 높은 수치를 보였고, 그 중 그룹 2와 3 사이의 콜라겐 합성과 GAG 합성에 있어서 통계학적으로 유의한 차이를 보였다 (p = 0.029와 p = 0.019). 결 론: 인간 제대혈 유래 중간엽 줄기세포가 일반적인 건강한 섬유아세포보다 당뇨병성 섬유아세포의 세포 증식, 콜라겐 합성, GAG 합성에 있어서 더 효과가 있었다. 그러므로 실제로 임상에서 적용하기 위해서는 적용 방법, 적용 횟수 등에 대한 추가적인 임상 연구들이 필요할 것으로 생각된다.