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目的：骨自家移植を使用した脊椎融合の促進は、主に、海綿骨の骨髄空間に存在する前駆細胞/間葉系幹細胞（MSC）の骨誘導性の可能性によって媒介されます。腸骨紋章は一般的な自家移植ドナー部位ですが、その使用はドナー部位の痛み、罹患率、感染のリスクが高くなります。椎間切除中に採取された変性骨サンプルは、骨誘導性自家移植の代替実行可能な供給源を提供する可能性があります。この研究では、両方のソースから孤立した低通過MSCの骨形成能力の個人内比較を実施しました。 方法：腸骨の頂上と変性椎間関節は、腰椎脊髄狭窄症のために筋骨筋間腰椎間融合を受けている8人の連続した患者から採取されました。MSCはコラゲナーゼ消化により分離され、プラスチックアドヒアランスによって選択され、下流アッセイのために最小限に拡張されました。クローン原性および骨形成の可能性は、コントロールおよび骨形成培養培地におけるコロニー形成アッセイによって評価されました。アルカリホスファターゼ（ALP）誘導、マトリックス鉱化、およびI型コラーゲンmRNAおよびタンパク質発現を含む骨形成特性は、定量的組織化学染色と逆転写PCRを使用して特徴付けられました。自発的な脂肪形成は、脂肪形成マーカーの脂肪細胞の列挙と遺伝子発現分析によって分析されました。 結果：骨形成培地の平均コロニー形成効率は、腸骨頂部（38±12％）とファセットジョイント（36±11％）の間で等しくなりました。クローンレベルでの骨形成の可能性は、腸骨頂および椎間MSCでそれぞれ55±26および68±17％でした。クローン原性および骨形成の可能性は、ドナーの年齢と有意に負の関連がありました。骨形成分化は、腸骨紋（6倍）およびファセットジョイント（8倍）MSCにおけるALP活性の有意な誘導をもたらしました。アリザリン赤染色により定量化されたマトリックスの鉱化は、骨形成分化によって増加しましたが、両方のMSC源で類似していました。I型コラーゲンのタンパク質発現は、骨形成中に増強され、腸骨紋章MSCで有意に大きくなりました。それに対応して、col1a2 mRNA発現は、腸骨紋章からの骨形成的に分化したMSCでより高かった。脂肪細胞の数は、骨形成条件下で腸骨頂（63±60）とファセットジョイント（18±15）MSCの間に有意差を示しました。負（GREM1）および陽性（FABP4）脂肪形成マーカーは、ソース間で差別的に発現していませんでした。 結論：腸骨の紋章と変性椎間関節からのMSCは、in vitroで同様のクローン原性および骨形成特性を大部分示します。分子レベルでの違いは、ファセットジョイントMSCの骨誘導能力を損なう可能性は低い。椎間切除からの骨自家移植は、腰椎脊髄狭窄症における椎間脊髄融合の骨自家移植として実行可能な代替品です。
目的：骨自家移植を使用した脊椎融合の促進は、主に、海綿骨の骨髄空間に存在する前駆細胞/間葉系幹細胞（MSC）の骨誘導性の可能性によって媒介されます。腸骨紋章は一般的な自家移植ドナー部位ですが、その使用はドナー部位の痛み、罹患率、感染のリスクが高くなります。椎間切除中に採取された変性骨サンプルは、骨誘導性自家移植の代替実行可能な供給源を提供する可能性があります。この研究では、両方のソースから孤立した低通過MSCの骨形成能力の個人内比較を実施しました。 方法：腸骨の頂上と変性椎間関節は、腰椎脊髄狭窄症のために筋骨筋間腰椎間融合を受けている8人の連続した患者から採取されました。MSCはコラゲナーゼ消化により分離され、プラスチックアドヒアランスによって選択され、下流アッセイのために最小限に拡張されました。クローン原性および骨形成の可能性は、コントロールおよび骨形成培養培地におけるコロニー形成アッセイによって評価されました。アルカリホスファターゼ（ALP）誘導、マトリックス鉱化、およびI型コラーゲンmRNAおよびタンパク質発現を含む骨形成特性は、定量的組織化学染色と逆転写PCRを使用して特徴付けられました。自発的な脂肪形成は、脂肪形成マーカーの脂肪細胞の列挙と遺伝子発現分析によって分析されました。 結果：骨形成培地の平均コロニー形成効率は、腸骨頂部（38±12％）とファセットジョイント（36±11％）の間で等しくなりました。クローンレベルでの骨形成の可能性は、腸骨頂および椎間MSCでそれぞれ55±26および68±17％でした。クローン原性および骨形成の可能性は、ドナーの年齢と有意に負の関連がありました。骨形成分化は、腸骨紋（6倍）およびファセットジョイント（8倍）MSCにおけるALP活性の有意な誘導をもたらしました。アリザリン赤染色により定量化されたマトリックスの鉱化は、骨形成分化によって増加しましたが、両方のMSC源で類似していました。I型コラーゲンのタンパク質発現は、骨形成中に増強され、腸骨紋章MSCで有意に大きくなりました。それに対応して、col1a2 mRNA発現は、腸骨紋章からの骨形成的に分化したMSCでより高かった。脂肪細胞の数は、骨形成条件下で腸骨頂（63±60）とファセットジョイント（18±15）MSCの間に有意差を示しました。負（GREM1）および陽性（FABP4）脂肪形成マーカーは、ソース間で差別的に発現していませんでした。 結論：腸骨の紋章と変性椎間関節からのMSCは、in vitroで同様のクローン原性および骨形成特性を大部分示します。分子レベルでの違いは、ファセットジョイントMSCの骨誘導能力を損なう可能性は低い。椎間切除からの骨自家移植は、腰椎脊髄狭窄症における椎間脊髄融合の骨自家移植として実行可能な代替品です。
PURPOSE: The promotion of spinal fusion using bone autografts is largely mediated by the osteoinductive potential of progenitors/mesenchymal stem cells (MSC) that reside in the marrow spaces of cancellous bone. Iliac crest is the common autograft donor site, but its use presents an increased risk for donor site pain, morbidity and infection. Degenerative bone samples harvested during facetectomy might provide an alternative viable source of osteoinductive autografts. In this study, we conducted an intra-individual comparison of the osteogenic potential of isolated low passage MSC from both sources. METHODS: Iliac crest and degenerative facet joints were harvested from eight consecutive patients undergoing transforaminal lumbar interspinal fusion due to lumbar spinal stenosis. MSC were isolated by collagenase digestion, selected by plastic adherence and minimally expanded for downstream assays. Clonogenic and osteogenic potential was evaluated by colony formation assays in control and osteogenic culture medium. Osteogenic properties, including alkaline phosphatase (ALP) induction, matrix mineralization and type I collagen mRNA and protein expression were characterized using quantitative histochemical staining and reverse transcription PCR. Spontaneous adipogenesis was analysed by adipocyte enumeration and gene expression analysis of adipogenic markers. RESULTS: Average colony-forming efficiency in osteogenic medium was equal between iliac crest (38 ± 12%) and facet joint (36 ± 11%). Osteogenic potential at the clonal level was 55 ± 26 and 68 ± 17% for iliac crest and facet joint MSC, respectively. Clonogenic and osteogenic potential were significantly negatively associated with donor age. Osteogenic differentiation led to significant induction of ALP activity in iliac crest (sixfold) and facet joint (eightfold) MSC. Matrix mineralization quantified by Alizarin red staining was increased by osteogenic differentiation, yet similar between both MSC sources. Protein expression of type I collagen was enhanced during osteogenesis and significantly greater in iliac crest MSC. Correspondingly, COL1A2 mRNA expression was higher in osteogenically differentiated MSC from iliac crest. Adipocyte numbers showed significant differences between iliac crest (63 ± 60) and facet joint (18 ± 15) MSC under osteogenic conditions. Negative (GREM1) and positive (FABP4) adipogenic markers were not differentially expressed between sources. CONCLUSION: MSC from iliac crest and degenerative facet joints largely display similar clonogenic and osteogenic properties in vitro. Differences at the molecular level are not likely to impair the osteoinductive capacity of facet joint MSC. Bone autografts from facetectomy would be viable alternatives as bone autografts for intervertebral spinal fusion in lumbar spinal stenosis.
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