ヒト歯肉由来間葉系幹細胞の三次元球状培養により、化学療法誘発性口腔粘膜の緩和が強化されます

間葉系幹細胞（MSC）は、さまざまなヒト疾患および怪我における細胞ベースの治療における再生および免疫調節機能を可能にします。しかし、それらの治療効果と潜在的な副作用は、臨床応用において大きな障害のままです。ここでは、実験的経口粘膜炎の緩和におけるヒト歯肉由来間葉系幹細胞（GMSC）の幹細胞特性と治療効果を最適化する3Dスフェロイド培養アプローチを報告します。超低付着の成長条件下で、GMSCは3Dスフェロイドに自発的に凝集し、発現STRO-1およびCXCケモカイン受容体4（CXCR-4）の上昇を特徴とする明確な初期幹細胞表現型を示しました。幹細胞の特性に関連する転写因子、およびCD29、CD90、およびCD105を含むMSC関連マーカーの発現の減少。機能的には、スフェロイドGMSCは、細胞の移動、生存、血管新生に関連するいくつかのケモカインとサイトカインの多能性と増強された分泌を強化することができます。さらに重要なことに、スフェロイドGMSCは、酸化ストレス誘発アポトーシスに対する耐性の改善と相関する、反応性酸素種、低酸素誘導因子（HIF）-1および-2α、およびスーパーオキシドジスムターゼのレベルの増加を発現しました。化学療法誘発性口腔粘膜炎の生体内マウスモデルを使用して、スフェロイド由来のGMSCは、体重減少を逆転させ、粘膜舌舌の破壊された上皮内層の再生を促進する際に、接着細胞よりも優れた治療効果があることを実証しました。これらの発見は、3Dスフェロイド培養により、経口粘膜炎の緩和を強化するために、早期の幹の保存と潜在的に前提条件GMSCを可能にすることを示唆しています。

Mesenchymal stem cells (MSCs) are capable of regenerative and immunomodulatory functions in cell-based therapies in a variety of human diseases and injuries; however, their therapeutic efficacy and potential side effects remain major obstacles in clinical applications. We report here a 3D spheroid culture approach to optimize stem cell properties and therapeutic effects of human gingiva-derived mesenchymal stem cells (GMSCs) in mitigation of experimental oral mucositis. Under growth condition of ultra-low attachment, GMSCs spontaneously aggregated into 3D spheroids and exhibited distinct early stem cell phenotype characterized by elevated expression Stro-1 and CXC chemokine receptor 4 (CXCR-4) as well as OCT-4 and Nanog, 2 important transcriptional factors relevant to stem cell properties, and decreased expression of MSC-associated markers, including CD29, CD90, and CD105. Functionally, spheroid GMSCs are capable of enhanced multipotency and augmented secretion of several chemokines and cytokines relevant to cell migration, survival, and angiogenesis. More importantly, spheroid GMSCs expressed increased levels of reactive oxygen species, hypoxia-inducible factor (HIF)-1 and -2α, and manganese superoxide dismutase, which correlated with improved resistance to oxidative stress-induced apoptosis. Using an in vivo murine model of chemotherapy-induced oral mucositis, we demonstrated that spheroid-derived GMSCs possessed better therapeutic efficacy than their adherent cells in reversing body weight loss and promoting the regeneration of disrupted epithelial lining of the mucositic tongues. These findings suggest that 3D spheroid culture allows early stemness preservation and potentially precondition GMSCs for enhanced mitigation of oral mucositis.