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椎間板（IVD）は、脊柱の安定性と柔軟性を提供します。しかし、IVD、特に脊髄核（NP）は、細胞外マトリックス（ECM）の変化、細胞生存率の低下、プロテオグリカンとII型コラーゲンの合成の減少を特徴とする変性プロセスを受けます。ここでは、骨髄間葉系幹細胞（BMSC）を使用して骨の形態形成タンパク質7（BMP7）を過剰発現するために、変性IVDのECMリモデリングを促進する幹細胞療法の有効性と実現可能性を調査しました。レンティウイルス媒介BMP7過剰発現は、NPマーカーコラーゲンII、アグレカン、ソックス9、ケラチン8および19の発現によって示されるように、NP表現型へのBMSCの分化を誘導し、グリコサミノグリカンの含有量を増加させ、β-1を上昇させたβ-1、3-グルクロノシルトランスフェラーゼ1、NP細胞におけるコンドロイチン硫酸合成の調節因子。これらの効果はSMAD1サイレンシングによって抑制され、ECMリモデリングに対するBMP7の効果がSMAD経路によって媒介されたことを示しています。DISC変性のウサギモデルにおけるin vivo分析により、BMP7を過剰発現するBMSCの移植がNPの細胞分化と増殖を促進し、それ自体の生存率を促進し、これらの効果がSMAD経路によって媒介されることが示されました。本研究の結果は、NP細胞のECM恒常性の回復に対するBMP7の有益な効果を示し、椎間板疾患の治療のための細胞療法を改善するための潜在的な戦略を示唆しています。
椎間板（IVD）は、脊柱の安定性と柔軟性を提供します。しかし、IVD、特に脊髄核（NP）は、細胞外マトリックス（ECM）の変化、細胞生存率の低下、プロテオグリカンとII型コラーゲンの合成の減少を特徴とする変性プロセスを受けます。ここでは、骨髄間葉系幹細胞（BMSC）を使用して骨の形態形成タンパク質7（BMP7）を過剰発現するために、変性IVDのECMリモデリングを促進する幹細胞療法の有効性と実現可能性を調査しました。レンティウイルス媒介BMP7過剰発現は、NPマーカーコラーゲンII、アグレカン、ソックス9、ケラチン8および19の発現によって示されるように、NP表現型へのBMSCの分化を誘導し、グリコサミノグリカンの含有量を増加させ、β-1を上昇させたβ-1、3-グルクロノシルトランスフェラーゼ1、NP細胞におけるコンドロイチン硫酸合成の調節因子。これらの効果はSMAD1サイレンシングによって抑制され、ECMリモデリングに対するBMP7の効果がSMAD経路によって媒介されたことを示しています。DISC変性のウサギモデルにおけるin vivo分析により、BMP7を過剰発現するBMSCの移植がNPの細胞分化と増殖を促進し、それ自体の生存率を促進し、これらの効果がSMAD経路によって媒介されることが示されました。本研究の結果は、NP細胞のECM恒常性の回復に対するBMP7の有益な効果を示し、椎間板疾患の治療のための細胞療法を改善するための潜在的な戦略を示唆しています。
Intervertebral discs (IVDs) provide stability and flexibility to the spinal column; however, IVDs, and in particular the nucleus pulposus (NP), undergo a degenerative process characterized by changes in the disc extracellular matrix (ECM), decreased cell viability, and reduced synthesis of proteoglycan and type II collagen. Here, we investigated the efficacy and feasibility of stem cell therapy using bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) over-expressing bone morphogenetic protein 7 (BMP7) to promote ECM remodeling of degenerated IVDs. Lentivirus-mediated BMP7 over-expression induced differentiation of BMSCs into an NP phenotype, as indicated by expression of the NP markers collagen type II, aggrecan, SOX9 and keratins 8 and 19, increased the content of glycosaminoglycan, and up-regulated β-1,3-glucuronosyl transferase 1, a regulator of chondroitin sulfate synthesis in NP cells. These effects were suppressed by Smad1 silencing, indicating that the effect of BMP7 on ECM remodeling was mediated by the Smad pathway. In vivo analysis in a rabbit model of disc degeneration showed that implantation of BMSCs over-expressing BMP7 promoted cell differentiation and proliferation in the NP, as well as their own survival, and these effects were mediated by the Smad pathway. The results of the present study indicate the beneficial effects of BMP7 on restoring ECM homeostasis in NP cells, and suggest potential strategies for improving cell therapy for the treatment of disc diseases.
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