Differentiation of Tonsil-Derived Mesenchymal Stem Cells into Schwann Cells

Abstract

Schwann cells (SCs) are known to contribute to structural support and guidance during axonal regeneration by producing adhesive molecules and neurotropic factors; therefore, they are potentially a pivotal target in the recovery of injured nervous tissues. While autologous SC transplantation has shown promising clinical results for treating nerve injuries, several problems such as donor site morbidity and limited amount of the cells have been considered as a major issue. Therefore, the development of an alternative cell source for peripheral nerve injury is required. In this study, tonsil-derived mesenchymal stem cells (T-MSCs) were chemically differentiated into SC-like cells (T-MSC-SCs). Using SC markers such as CAD19, GFAP, NGFR, MBP, S100B, KROX20 and KROX24 during quantitative real-time PCR, upregulation of GFAP, NGFR, S100B, KROX20, and KROX24 and the downregulation of CAD19 and MBP at the fully differentiated stage were detected. Furthermore, the capacity to myelinate axons were observed when T-MSC-SCs were co-cultured with mouse dorsal root ganglion neurons. The application of TMSC-SCs into a sciatic nerve injured animal model showed marked improvements in gait analysis and promoted repair of injured nerves. Thus, the therapeutic application of human T-MSCs might be appropriate for assisting in peripheral nerve regeneration.;슈반 세포는 다양한 신경 영양 인자(neurotrophic factors)와 부착 물질(adhesive molecules)을 생성함으로써 신경 축삭(axon) 혹은 신경극(neurite)의 성장을 유도하고 안내하는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 슈반 세포에 대한 연구 수행은 손상된 신경 조직의 재생(regeneration)과 기능 회복을 증진시키기 위한 가능성을 지니고 있다. 손상된 신경에 자가 슈반 세포 이식법(autologous Schwann cell transplantation) 적용은 효과적인 임상 결과를 보여 주지만, 공여 부위 이환(donor site morbidity)과 불충분한 양적 획득이란 측면에서 세포 치료제로서 사용하는 데 어려움이 있다. 이 연구에서는 편도 유래 중간엽 줄기 세포를 이용하여(Tonsil-derived mesenchymal stem cells, T-MSCs) 슈반 세포(Schwann cells differentiated from T-MSCs, T-MSC-SCs)로의 분화를 유도하였다. 실시간 중합효소연쇄반응(real-time PCR)법을 이용하여 세포 표지인자인 CAD19, GFAP, MBP, NGFR, S100B, KROX20, KROX24의 발현량을 확인하였을 때, 분화 이후의 T-MSC-SCs에서 분화 전 T-MSCs에 비해 GFAP, NGFR, S100B, KROX20, KROX24는 증가 한데 반해, CAD19과 MBP는 낮아진 것을 확인하였다. 또한, 마우스 후근신경절 신경세포(mouse dorsal root ganglion neuron)와의 체외 공동배양(coculture)을 통해 T-MSC-SCs에 의해 수초화된 축삭(myelinated axons)을 관찰하고 휴먼 미토콘드리아 항체(human mitochondria antibody)를 이용하여 형광 염색을하여 수초를 이룬 세포가 TMSC-SCs에서 비롯된 것임을 확인 할 수 있었다. 좌골 신경(sciatic nerve)에 손상을 입은 마우스 모델에 T-MSC-SCs를 이식 하여 보행 분석(gait analysis)과 전기생리학적 분석(electrophysiological study)을 수행하였을 때, 보행 분석의 경우 이식 후 4주차부터 유의한 증상 완화 결과를 보였고 2주와 6주에 수행 된 복합근활동전위(compound muscle action potential)와 신경전달속도(nerve conduction velocity)결과에서도 시간이 지남에 따라 손상 그룹에 비해 TMSC-SCs를 이식한 그룹에서 신경 재생의 효과가 나타남을 보였다. 이러한 결과는, 인체 유래 T-MSCs의 세포 치료제로써의 활용이 말초 신경 병증에 대한 적절한 치료 전략으로 응용될 수 있음을 보여 주고 있다.