Vielen Dank für Ihren Besuch auf nature.com.Sie verwenden eine Browserversion mit eingeschränkter CSS-Unterstützung.Um die beste Erfahrung zu erzielen, empfehlen wir Ihnen, einen aktuelleren Browser zu verwenden (oder den Kompatibilitätsmodus im Internet Explorer zu deaktivieren).In der Zwischenzeit zeigen wir die Website ohne Stile und JavaScript an, um eine kontinuierliche Unterstützung zu gewährleisten.Karussell mit drei Dias, die gleichzeitig angezeigt werden.Verwenden Sie die Schaltflächen Zurück und Weiter, um durch drei Folien gleichzeitig zu navigieren, oder die Schaltflächen mit den Folienpunkten am Ende, um jeweils drei Folien zu überspringen.Matus Durdik, Pavol Kosik, … Igor BelyaevSoonbong Baek, Hwan Choi, … Jongpil KimS. Timilsina, T. Kirsch-Mangu, … LG Villa-DiazWenqiang Xu, Ruifeng Hao, … Xueling LiHye-Ryeon Heo, Haengseok Song, … Seok-Ho HongPeng Hua, Barbara Kronsteiner, … Suzanne M. WattTakako Yamamoto, Mao Arita, … Shin KawamataCarolin Göbel, Roman Goetzke, … Wolfgang WagnerMario Barilani, Roberta Palorini, … Lorenza LazzariScientific Reports Band 12, Artikelnummer: 8904 (2022 ) Diesen Artikel zitierenTrotz der umfangreichen Berichte über die potenzielle Gefahr von Magnetfeld (MF)-Expositionen für Menschen wird gleichzeitig auch über die verbesserte proliferative Eigenschaft von Stammzellen bei optimaler Exposition berichtet.Die Wirkung auf mesenchymale Stammzellen (MSCs) bleibt jedoch unbekannt.Daher wollten wir die Auswirkungen von induzierter statischer MF (SMF) auf menschliche mesenchymale Stammzellen aus der Nabelschnur (hUC-MSCs) unter Verwendung von Samarium-Kobalt (SmCO5) untersuchen.In Passage 3 wurden hUC-MSCs (1 × 104), die 21,6 mT SMF durch direkte Exposition (DE) ausgesetzt wurden, eine signifikant höhere Zellzahl (p < 0,05) in den Wachstumskinetik-Assays mit der kürzesten Populationsverdopplungszeit im Vergleich zu indirekten zeigen Exposition und Negativkontrolle.Die DE-Gruppe wurde in den Zellzyklus mit erhöhter S-Phase (55,18 ± 1,38 %) und G2/M-Phase (21,75 ± 1,38 %) im Vergleich zur NC-Gruppe [S-Phase (13,54 ± 2,73 %);G2/M-Phase (8,36 ± 0,28 %)].Obwohl keine signifikanten Veränderungen im Immunphänotyp beobachtet wurden, zeigte die DE-Gruppe eine erhöhte Expression von Pluripotenz-assoziierten Markern (OCT4, SOX2, NANOG und REX1).Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die MFs möglicherweise die Proliferation von MSCs induzieren könnten, ein vielversprechender Ansatz zur Förderung der Stammzellenvermehrung für die klinische Therapie und Forschung, ohne die Stammzellen von hUC-MSCs zu beeinträchtigen.In den letzten Jahren haben wir einen wesentlichen Durchbruch in unserem Verständnis der menschlichen adulten Stammzellenbiologie erlebt, der sich in einem Anstieg seiner therapeutischen Nutzung nach einer verbesserten berichteten klinischen Wirksamkeit niedergeschlagen hat.Von der zellbasierten Therapie1,2, der Entwicklung bioartifizieller Organe3,4 und der Reparatur von Wundgewebe durch schnelle Geweberegeneration5,6,7 bis hin zur Behandlung verschiedener Krebsarten8,9 hat die Adoption menschlicher adulter Stammzellen durch Stammzelltransplantation stattgefunden erlangte trotz seiner hohen therapeutischen Wirksamkeit eine weit verbreitete Popularität, die auf sein minimales Risiko einer Wirtsabstoßung und Nebenwirkungen zurückzuführen ist.Mesenchymale Stammzellen (MSCs), die im Knochenmark (BM) produziert werden, gelten als das am häufigsten verwendete und am längsten verwendete Ausgangsgewebe für menschliche MSCs bei Erwachsenen.Eine weitere Quelle für „erwachsene“ MSCs bei Erwachsenen sind Nabelschnurgewebe und Plazenta, die oft bei der Geburt entsorgt wurden10.Sie besitzen hohe Selbsterneuerungseigenschaften und ein großes Differenzierungspotenzial11.Es wurde gezeigt, dass MSCs Zellen mesodermaler Abstammungslinien wie Knochen, Fett, Knorpel, Sehnen und Skelettmuskel hervorbringen können12,13,14.Mehrere Berichte haben gezeigt, dass MSCs möglicherweise auch in verschiedene Gewebe nicht-mesodermaler Abstammungslinien differenzieren, darunter Inselzellen der Bauchspeicheldrüse15, Herzmuskel16, Hepatozyten17 und neurale Zellen18.Im Vergleich zu anderen gewebespezifischen adulten Stammzellen sind MSCs ein bevorzugtes therapeutisches Mittel aufgrund der gezielten Fähigkeit, sich an den Ort der Verletzung zu bewegen, und der Fähigkeit, sich in viele verschiedene mesenchymale und parenchymale Zelltypen zu differenzieren19.MSCs besitzen auch einzigartige reparative und immunsuppressive Eigenschaften, da sie große Mengen proangiogener, entzündungshemmender und antiapoptotischer Zytokine/Faktoren absondern, die für die Induktion der Geweberegeneration, Transplantationstoleranz und Kontrolle der Autoimmunität verantwortlich sein könnten20,21.Aufgrund der immunprivilegierten Eigenschaften von MSCs, die es ihnen ermöglichen, der Immunantwort des Wirts zu entgehen, bleibt die intravaskuläre Therapie mit Intervention von MSCs ein klinisches Verfahren mit geringem Risiko.Weitere Studien können durchgeführt werden, um die optimale Dosierungs- und Verabreichungsmethode für MSCs zu bewerten, da dieser Faktor zusätzlich zu anderen prädisponierenden Faktoren, die die Immunantwort des Wirts betreffen, eine wichtige Rolle bei der Steuerung des endgültigen klinischen Ergebnisses der Therapie spielen kann.Die therapeutisch potenziellen MSCs können jedoch nur genutzt werden, indem die optimalen Bedingungen ermittelt werden, die erforderlich sind, um ihre Proliferation und kontinuierliche Ausbreitung für Forschungs- und therapeutische Zwecke leicht zu stimulieren22,23,24,25.Das Nabelschnurgewebe stellt eine begrenzte Quelle für frisch isolierte Zellen dar, und obwohl Studien darauf hindeuten, dass humane Nabelschnur-MSCs (hUC-MSCs) eine höhere Proliferationskapazität im Vergleich zu MSCs aus Knochenmark oder Fettgewebe aufweisen26,27, besteht ein Bedarf an Folgeuntersuchungen In-vitro-Expansion im großen Maßstab, ohne ihre Stammhaftigkeit und Differenzierungsfähigkeiten zu verändern.Die Herausforderung besteht daher darin, einen optimalen Kulturzustand zu bestimmen, der die große Expansion von hUC-MSCs begünstigen kann, um den klinischen Bedarf zu decken.Im Allgemeinen sind Menschen und andere Lebewesen auf natürliche Weise den MF der Erde ausgesetzt, die nicht schädlich sind, sowie anderen Quellen harmloser MFs, wie sie aus magnetisierten Materialien erhältlich sind, die als Permanentmagnete bekannt sind.Der Schlüssel zum Verständnis der Dichotomie zwischen schädlichen und harmlosen Formen von MF liegt in der Klassifizierung von MF basierend auf ihren Quellen.Es gibt grundsätzlich zwei Arten von MFs, nämlich endogene und exogene Felder.Endogene Felder sind jene MFs, die im Körper produziert werden.Diese Art von MF tritt an verschiedenen elektrisch erregbaren Organen wie Herz28,29,30, Gehirn31,32 und Auge33 auf.Die Studie zeigte auch, dass MFs die Leistung des Bewegungsapparates beeinflussten34.Andererseits sind exogene Felder MFs, die von Quellen außerhalb des Körpers erzeugt werden und als natürliche exogene Felder wie das Erdmagnetfeld der Erde (z -made) MFs wie Stromleitungen, Transformatoren, Geräte, Funksender und medizinische Geräte35,36.Künstliche exogene MF wurden von vielen Forschern identifiziert und die Form von MF, die bei längerer oder häufiger Exposition schwerwiegende schädliche und gefährliche Auswirkungen auf Menschen und andere Lebewesen hat.Die häufige Exposition des Menschen gegenüber MF hat ernsthafte gesundheitliche Bedenken aufgeworfen, da MF mit einigen medizinischen Komplikationen in Verbindung gebracht wurde.Mehrere Arten von Krebs37, Tumoren38, Glioblastom39,40 und Leukämie41 wurden mit MF-Exposition in Verbindung gebracht.Da Menschen durch alltägliche Aktivitäten am Arbeitsplatz, zu Hause, in U-Bahnen und an anderen öffentlichen Orten dem ständigen Risiko ausgesetzt sind, schädlichen Formen von MF ausgesetzt zu sein, konzentrieren sich Forscher mehr auf die Erforschung der schädlichen Auswirkungen von MF und haben sich als solche entwickelt Techniken zur Erzeugung und Manipulation künstlicher exogener MFs, die diese täglichen Expositionen nachahmen, wie von Zanella35 berichtet.Interessanterweise kam eine Studie zu dem Schluss, dass eine optimale MF-Exposition für einen bestimmten kurzen Zeitraum das Zellwachstum überraschend und signifikant fördern könnte.Seitdem wurden viele Studien durchgeführt und berichteten37 über günstige Wirkungen der MF-Exposition, wie beschleunigte Heilung von Knochenbrüchen und Stoppen der Osteoporose42,43,44.Dementsprechend zielte unsere Studie darauf ab, die potenziellen Auswirkungen eines induzierten statischen Magnetfelds (SMF) auf die Proliferationstendenzen von menschlichen, aus der Nabelschnur stammenden mesenchymalen Stammzellen unter Verwendung von SmCo5 zu untersuchen.SmCo5, dessen Magnetstärke nur von NdFeB-Magneten übertroffen wird, wurde als magnetische Quelle in diesem Experiment gewählt, da es eine starke permanente Momentmagnetisierung besitzt und stabil gegenüber dem Einfluss von Entmagnetisierung ist.Es ist auch für Experimente bei relativ hohen Temperaturen geeignet und rostbeständig, sodass keine Oberflächenbehandlung wie Beschichtung oder Versiegelung erforderlich ist45,46.In dieser Studie wurde ein kontrollierbares Modell von SmCo5 als Quelle von MF entworfen und liefert innerhalb relativ kurzer Zeit eine Simulation dieser Langzeiteffekte.Das Ziel der vorliegenden Studie ist es, das optimale Kultursystem zu finden, indem die Auswirkungen der Exposition gegenüber SMF SmCo5 auf die Proliferation, Wachstumsrate und Genexpression von hUC-MSCs untersucht werden, mit dem Ziel, die MF-Exposition als alternative Technik zur Steigerung der Proliferation zu identifizieren Kapazität von MSCs, ohne die Eigenschaften von MSCs zu verändern.Dazu liefern wir eine wesentliche Grundlage für zukünftige SMF-SmCo5-In-vitro-Experimente.Die Beobachtung der Zellmorphologie wurde an hUC-MSCs der Passage 3 aufgezeichnet, die von Tag 0 bis Tag 10 kultiviert wurden, wie in 1 dargestellt. Für beide Testgruppen (DE und IE) sowie die Kontrollgruppe (NC) waren adhärente Zellen am Tag 2 beobachtet, wobei die Zellen die längliche Fibroblasten-ähnliche Spindelform beibehalten, ein Merkmal gesunder MSCs.Obwohl die spindelförmige Morphologie in beiden Gruppen bis zum 10. Tag beibehalten wurde, gab es deutliche Unterschiede in der Zeit, die sie benötigten, um 100 % Konfluenz zu erreichen.Während die DE-Gruppe am Tag 8 der Kultur 100 % Konfluenz erreichte, lag die Zellkonfluenz in den IE- und NC-Gruppen bei etwa 80 %.Die Konfluenz blieb jedoch in der IE-Gruppe unverändert, verbesserte sich jedoch deutlich in der NC-Gruppe nach der Kultivierung bis zum Tag 10 (Fig. 1).Morphologische Beobachtungen der hUC-MSCs.Beobachtung der Zellmorphologie der Passage 3 hUC-MSCs in den DE-, IE- und NC-Gruppen.Alle Zellen zeigten die charakteristische MSC-Fibroblasten-ähnliche Spindelform, wobei die DE-Gruppe am 8. Tag 100 % Konfluenz erreichte, während die IE-Gruppe sogar nach 10 Tag die geringste Konfluenz aufwies. Die NC-Gruppe erreichte am 10. Tag 100 % Konfluenz aufgenommen mit dem invertierten Mikroskop CKX41 (Olympus, Japan) mit 100-facher Vergrößerung.Die aus der Wachstumskinetik erhaltenen Ergebnisse zeigten, dass die Zellen in den Test- und Kontrollgruppen ein ähnliches Wachstumsmuster aufwiesen, das mit der Lag-Phase begann, gefolgt von der Phase des exponentiellen Wachstums und in der stationären Phase endete, Fig. 2a.Obwohl die Lag-Phase in den DE-, IE- und NC-Gruppen bis zum 4. Tag andauerte und die exponentielle Phase am 10. Tag ihren Höhepunkt erreichte, gab es einen signifikanten Anstieg der Zellzahl in der DE-Gruppe (3,13 × 104 ± 0,11) im Vergleich zur NC-Gruppe ( 2,66 × 104 ± 0,21 Zellen).Eine signifikante Abnahme der Zellzahl wurde in der IE-Gruppe (1,47 × 104 ± 0,15 Zellen) im Vergleich zur NC beobachtet.Am Tag 10, wo die exponentielle Phase ihren Höhepunkt erreichte, gab es jedoch keinen signifikanten Unterschied zwischen der DE- und der NC-Gruppe, wohingegen ein signifikanter Abfall der Zellzahl in der IE-Gruppe beobachtet wurde (dh IE [9,42 × 104 ± 0,56 Zellen] gegenüber NC [ 12,4 × 104 ± 0,55 Zellen]), wie in Abb. 2b gezeigt.Es wurde auch beobachtet, dass bei Erreichen des Höhepunkts der exponentiellen Phase die Zellen in beiden Testgruppen sowie der Kontrolle einen steilen Wachstumsabfall durchliefen (Abb. 2a) und nicht die Plateauphase, wie in der stationären Wachstumsphase erwartet Kinetik.In der Analyse der Populationsverdopplungszeit (PDT), die an den hUC-MSCs von Passage 1 bis Passage 6 durchgeführt wurde, gab es eine Abnahme der PDT, als sich die Zelle zu Passage 4 ausdehnte, wonach sie bis zu Passage 6 ein Plateau erreichte. Interessanterweise war die PDT von Zellen in der IE-Gruppe waren im Vergleich zu denen der DE- und NC-Gruppen während der gesamten Passage 1 bis 6 höher, mit einem statistisch signifikanten Anstieg (p < 0,05) in der IE-Gruppe im Vergleich zu den in Passage 3 aufgezeichneten NC. Es gibt jedoch keinen signifikanten Unterschied zwischen den PDT von Zellen in der DE-Gruppe und denen der NC-Gruppe (Abb. 2c).Wachstumskinetik der hUC-MSCs, die die Wirkung einer direkten und indirekten MF-Exposition der toten Zellen zeigt.(a) Ein ähnliches Wachstumsmuster, beginnend mit der Lag-Phase, gefolgt von der Phase des exponentiellen Wachstums an Tag 4–10 und beendet von der stationären Phase, wurde von Zellen in direkten und Kontrollgruppen gezeigt.(b) Vergleiche der Zellzahl an Tag 4 (Dauer der Lag-Phase) und Tag 10 (Spitze der exponentiellen Phase) zwischen DE-, IE- und NC-Gruppen.* zeigt einen statistisch signifikanten Anstieg im Vergleich zur Kontrolle (NC), während # statistisch zeigt signifikante Abnahme im Vergleich zur Kontrolle (NC) (p < 0,05).(c) Populationsverdopplungszeit (PDT) der MF-exponierten (DE und IE) sowie der hUC-MSCs der Kontrolle (NC) von Passage 1 bis Passage 6. Die PDT wurde verringert, als sich die Zelle bis zu Passage 4 ausdehnte, danach Plateau bis zum 6. Durchgang.* zeigt eine statistisch signifikante Erhöhung der Zellzahl im Vergleich zur Kontrolle (NC).Es gibt jedoch keinen signifikanten Unterschied zwischen der PDT von Zellen in der DE-Gruppe und denen der NC-Gruppe (p < 0,05).Die Charakterisierung der hUC-MSCs, die durch Auswertung der Expression von Zelloberflächenmarkern nach der MF-Exposition durchgeführt wurde, zeigte, dass mit Ausnahme von CD105 der MF die immunphänotypische Integrität der Zellen selbst nach 72 h Kulturinkubation nicht vollständig verändert.Die Ergebnisse zeigten, dass die Zellen in allen drei Gruppen eine negative Expression für immunologische und hämatologische Marker i.CD14, CD80, CD86 und HLA DR, DP, DQ gekoppelt mit einer positiven Expression für MSC-Marker ii.CD29, CD73, CD105 und HLA-ABC (Abb. 3a–e) Die Antikörper wurden von Benton Dickinson erworben, mit Ausnahme von CD105, das von R&D System erworben wurde (Tabelle 1).Darüber hinaus gab es keinen signifikanten Unterschied in den Expressionsniveaus der Zelloberflächenmarker zwischen der DE- und IE-Gruppe im Vergleich zur NC-Gruppe.Wie in Abb. 3a dargestellt, weisen mehr als 90 % der Zellen in der DE-Gruppe eine positive Expression für CD29, CD73 und HLA-ABC auf, wobei ein geringerer Prozentsatz positiv für CD105 ist (37,4 %).Ein ähnlicher Trend wurde in der IE-Gruppe beobachtet (Abb. 3b), die > 90 % positive Expression für CD29 und CD73 zeigte, mit Ausnahme von HLA-ABC und CD105 mit 84,2 % bzw. 47,9 % positiver Expression.Schließlich haben mehr als 90 % der Zellen in der NC-Gruppe (Fig. 3c) CD29, CD73 und HLA-ABC exprimiert, mit Ausnahme von CD105, wo der Prozentsatz 62,6 % beträgt.Zellen in allen drei Gruppen hatten weniger als 1 % Expression für CD14, CD80 und CD86 und HLA-DR.Da hUC-MSCs auch nach Exposition gegenüber SMF positiv für die MSC-Expression waren, kann geschlussfolgert werden, dass SMF SmCo5 selbst nach 72 h Kultivierung in MF-Umgebung zu keiner signifikanten Wirkung oder veränderten Immunphänotypisierung von hUC-MSCs beiträgt.Obwohl es eine signifikante Verringerung der Expression von CD105 gab, führte MF nach der Behandlung zu keinem signifikanten Unterschied im Oberflächenphänotyp von MSCs (Abb. 3d, e).(a) Expression von Kontrollpanel und Zelloberflächenmarkern auf den direkt exponierten (DE) hUC-MSCs.Die Zellen zeigten mehr als 90 % positive Expression für CD29, CD73 und HLA-ABC mit einem geringeren positiven Prozentsatz für CD105, dh nur 37,4 %, während weniger als 1 % Expression für CD14, CD80 und CD86 und HLA-DR beobachtet wurde.(b): Kontrollfeld- und Zelloberflächenmarker-Expression auf den indirekt exponierten (IE) hUC-MSCs.Die Zellen zeigten mehr als 90 % positive Expression für CD29, CD73 und HLA-ABC mit einem geringeren positiven Prozentsatz für CD105, dh nur 47,9 %, während weniger als 1 % Expression für CD14, CD80 und CD86 und HLA-DR beobachtet wurde.(c) Kontrollfeld- und Zelloberflächenmarker-Expression auf den Kontroll-(NC)-hUC-MSCs.Die Zellen zeigten mehr als 90 % positive Expression für CD29, CD73 und HLA-ABC mit einem geringeren positiven Prozentsatz für CD105, dh nur 62,6 %, während weniger als 1 % Expression für CD14, CD80 und CD86 und HLA-DR beobachtet wurde.(d): Das Ergebnis zeigt, dass die Expression der Zelloberflächenmarkerproteine ​​CD29, CD73 und HLA-ABC zwischen DE und IE im Vergleich zu NC ähnlich ist, während Endoglin (CD105) in den DE- und IE-Gruppen im Vergleich zu NC signifikant zurückgegangen ist Gruppe.* zeigt eine statistisch signifikante Gruppe im Vergleich zur Negativkontrolle.(e) Das Ergebnis zeigt ein ähnliches Expressionsmuster hämatologischer und immunologischer Marker in MSCs ohne signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen.(f) Differenzierung von hUC-MSCs in Osteozyten.MSCs wurden bis zur Konfluenz kultiviert und zur Differenzierung in Osteozyten unter Verwendung eines geeigneten Mediums für insgesamt 21 Tage stimuliert.Gemäß einem zytochemischen Färbeexperiment konnten die mit beiden Testgruppen (DE, IE) behandelten hUC-MSCs zu osteogenen Zellen wachsen.Die mit Alizarinrot S gefärbte Calciumablagerung zeigte eine osteogene Differenzierung.Alle Mikrofotografien wurden unter Verwendung des invertierten CKX41-Mikroskops (Olympus, Japan) mit 100-facher Vergrößerung aufgenommen.In der Voruntersuchung der Differenzierungsstudie wurden die hUC-MSCs der DE- und IE-Gruppen bis zur Konfluenz kultiviert und einer osteogenen Differenzierung unterzogen.Die Zellen wurden in einem osteogenen Induktionsmedium für 21 Tage unter Verwendung eines im Handel erhältlichen MSC-Osteogenes-Differenzierungs-Assay-Kits inkubiert.Die hUC-MSCs aus beiden Testgruppen konnten sich einer osteogenen Differenzierung unterziehen und exprimierten osteogene Marker, die durch zytochemische Färbung sichtbar gemacht wurden.Die Calciumablagerung als Zeichen der osteogenen Differenzierung zeigte eine leuchtend rote Farbfärbung, wenn die Zellen in den osteogenen Induktionsmedien gezüchtet und mit Alizarin Red S gefärbt wurden (Fig. 3f)).Da SMF SmCo5 die Proliferation in der exponentiellen Phase verstärken konnte, wurden weitere Experimente durchgeführt, um den DNA-Gehalt von hUC-MSCs über den Zellzyklus zu untersuchen.Wie in Abb. 4a gezeigt, zeigten unsere Ergebnisse, dass nach 18 h die höhere Anzahl von Zellen, die mit MF behandelt wurden, eine höhere PI-Signalintensität zeigten, die nach der S- und G2/M-Phase beobachtet wurde (55,18 % bzw. 21,75 %) im Vergleich zu IE und NC-Gruppen, was darauf hindeutet, dass die DE-Gruppe in die S- und G2/M-Phase aufgenommen wurde.Schließlich scheinen Faktoren wie die MF-Stärke von 21,6 mT und MF-Expositionsperioden von 18 bis 30 h gegenüber hUC-MSCs keine signifikante Rolle im Zellzyklus für NC zu spielen.Daher legt dieser Befund nahe, dass die mit DE SMF behandelten hUC-MSCs eine optimale Bedingung sind, die es hUC-MSCs ermöglicht, in den Zellzyklus (bereits nach 18 h) fortzuschreiten.Der Vergleich zwischen 18, 24 und 30 Uhr ist in Abb. 4b–d zu sehen.(a) DNA-Verteilung, die eine Zellzyklusanalyse der MF-exponierten (DE und IE) sowie der Kontroll-hUC-MSCs (NC) nach 18, 24 und 30 h Kultur zeigt.Die Zellen in der DE waren die ersten, die in den Zellzyklus eintraten (bereits nach 18 h), da die G0/G1-Phase deutlich abnahm, während die S- und G2/M-Phase zunahmen.Der Trend wurde von der IE-Gruppe um 24 h verfolgt, während die NC-Gruppe bis 30 h zurückblieb.Grafischer Vergleich zwischen den Zellzyklusphasen der DE-, IE- und NC-Gruppen.(b) Das Bild zeigt die verringerte G0/G1-Phase und erhöhte S- und G2/M-Phasen in der DE-Gruppe im Vergleich zur NC-Gruppe nach 18 h Kultur.(c) zeigt die verringerte G0/G1-Phase und erhöhte S- und G2/M-Phasen in der IE-Gruppe im Vergleich zur NC-Gruppe nach 24 h Kultur, während (d) zeigt, dass es keinen signifikanten Unterschied in den Zellzyklusphasen zwischen ihnen gab die exponierten und Kontrollgruppen.* Zeigt eine statistisch signifikante Zunahme des Prozentsatzes an Zellen im Vergleich zur Kontrolle (NC), während # eine statistisch signifikante Abnahme des Prozentsatzes an Zellen im Vergleich zur Kontrolle (NC) zeigt (p < 0,05).Agarose-Gelelektrophorese der reversen Transkriptase-Polymerase-Reaktion (RT-PCR) wurde durchgeführt, um die Expression von OCT4-, SOX2-, NANOG- und REX-1-Genen zu bestimmen, die einen induzierten Stemness-Marker darstellen und hauptsächlich in undifferenzierten Zellen von hUC-MSCs exprimiert werden.Insgesamt zeigten die behandelten Proben (DE) eine höhere Expression dieser Gene im Vergleich zu den Kontrollen (IE und NC) Abb. 5a.Aus Fig. 5b geht hervor, dass die DE-Gruppe relativ zu IE zu einer signifikanten Erhöhung der Expression von NANOG (2,73-fach) führte.Es wurde kein signifikanter Unterschied der OCT4-, SOX2- und REX1-Expression zwischen den DE- und IE-Gruppen beobachtet, obwohl die MF-Exposition gegenüber der DE-Gruppe im Vergleich zu den IE-Gruppen eine leicht erhöhte Expression von OCT4 zu haben schien.Diese Ergebnisse zeigten, dass die Exposition gegenüber MF die Expression dieser Markergene nicht reduziert, sondern stattdessen in der Lage sein könnte, die Stammeigenschaften von hUC-MSCs aufrechtzuerhalten (Supplementary File).Genexpression von pluripotent-assoziierten Markern (OCT4, SOX2, NANOG und REX-1) in MF-exponierten hUC-MSCs.(a) Das RT-PCR-Produkt auf Agarose-Gelelektrophorese, durchgeführt zur Bestimmung der Expressionsintensität der Marker, die hauptsächlich in undifferenzierten MSCs exprimiert werden.(b) Faltungsänderung, die die Hochregulierung von OCT4 sowohl in der DE- als auch in der IE-Gruppe zeigt, wobei die Expressionsniveaus in der DE-Gruppe im Vergleich zur IE-Gruppe höher sind.Das SOX2-Gen war in den DE- und IE-Gruppen signifikant herunterreguliert, während NANOG in DE (2,73-fache Veränderung) im Vergleich zu den IE-Gruppen signifikant hochreguliert war.In dieser Studie weisen die beobachteten Ergebnisse auf das Potenzial des MF bei der Verstärkung der in vitro-Proliferation von hUC-MSCs hin.Die Auswirkungen von MF wurden zuerst auf die morphologischen Eigenschaften der hUC-MSCs beobachtet.Obwohl die Untersuchung zeigte, dass zwischen den DE-, IE- und Kontroll(NC)-Gruppen keine sichtbaren morphologischen Unterschiede beobachtet wurden, gab es eine merkliche Verbesserung in der Geschwindigkeit, mit der Konfluenz erreicht wird.Darüber hinaus zeigten die mit MF behandelten Zellen eine ähnliche Morphologie wie unbehandelte Zellen (NC), da sie das typische Aussehen und die Morphologie gesunder hUC-MSCs (fibroblastenartig und spindelartig geformt) beibehielten, was mit den von berichteten Studien übereinstimmt Marędziak et al.47 und Du et al.48.Dies deutet daher darauf hin, dass die direkte Exposition gegenüber MF eine wirksame Methode zur Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit darstellen kann, während eine normale morphologische Struktur beibehalten wird.Das positive Ergebnis der Wachstumskinetik-Zeitanalyse unterstützt weiter die Schlussfolgerung aus den morphologischen Beobachtungen.Die DE-Zellen zeigten am Tag 4 eine höhere Zellzahl im Vergleich zu IE und NC, wo die exponentielle Phase begann, was darauf hindeutet, dass die MF-Exposition die Wachstumskinetik von hUC-MSCs bemerkenswert verbessert und daher rechtzeitig bei der In-vitro-Vermehrung hilft.Unsere Beobachtung in diesem Aspekt stand im Gegensatz zu 3 anderen Studien.Erstens zeigten Wiskirchen et al.49, dass die Proliferationskinetik durch die Exposition gegenüber MFs nicht verändert wurde und die wiederholte Exposition bei einem statischen Magnetfeld (SMF) von 0,2, 1,0 und 1,5 T keine Auswirkungen auf die Proliferation von humanen fötalen Lungenfibroblasten (HFLF)-Zellen hatte nach 21 Tagen.In ähnlicher Weise wurden von Miyakoshi50 gegensätzliche Ergebnisse berichtet, bei denen es keine Veränderung der Proliferationskinetik gab, nachdem Zellen dem MF ausgesetzt worden waren.Drittens zeigten Sun et al., dass die kinetische Analyse von mesenchymalen Knochenmarksstammzellen (BMMSCs) während der exponentiellen Wachstumsphase nicht signifikant durch gepulste elektromagnetische Felder (PEMF) beeinflusst wurde43.Im Gegensatz zu ihren Erkenntnissen hat unsere Studie die Wachstumskinetik erfolgreich verändert, was möglicherweise hauptsächlich auf die Methode der magnetischen Exposition sowie auf Quellen von Zellen, die für Magnetfeld-Expositionen verwendet wurden, zurückzuführen ist.Zusätzlich zu der oben erwähnten Beobachtung verringerte die Populationsverdopplungszeit die Zunahme der Passagenzahl sowohl in der Test- als auch in der Kontrollgruppe.Allerdings wurde in der DE im Vergleich zu den IE- und NC-Gruppen eine kürzere Verdopplungszeit beobachtet.Diese Beobachtung stimmt mit der Beobachtung von Marędziak et al.51 überein, wo sie berichteten, dass die höchste Proliferationsrate in humanen mesenchymalen Stromastammzellen (hASCs) aus Fettgewebe beobachtet wurde, die unter MF-Bedingungen kultiviert und mit der kürzesten PDT vermehrt wurden.Im Gegensatz dazu berichteten Sadri et al.52 über behandelte hUC-MSCs mit SMF bei 18 mT und entdeckten, dass das SMF dazu führte, dass die PDT im Vergleich zur Kontrollgruppe länger wurde.Hier haben wir erfolgreich gezeigt, dass eine direkte Exposition von MF gegenüber dem hUC-MSC bei 21,6 mT SMF eine optimale Bedingung ist, um die Zellproliferation mit der kürzesten PDT zu erhöhen.Die Charakterisierung der hUC-MScs nach Exposition gegenüber MF wurde weiter durchgeführt, indem die Zelloberflächenmarker analysiert wurden, die gezeigt haben, dass die CD-Marker der DE- und IE-Gruppen sich nicht von denen der Kontroll-NC-Gruppe unterschieden.Die Ergebnisse zeigten, dass die Zellen selbst nach 72 h Kultivierung in einer MF-exponierten Umgebung mesenchymale stammzellähnliche Phänotypen aufweisen.Die MSCs bilden hinsichtlich ihrer Morphologie, Physiologie und Expression von Oberflächenantigenen eine heterogene Zellpopulation.Bis jetzt gibt es keine einzelnen spezifischen Zelloberflächenmarker, die für MSCs identifiziert und verallgemeinert wurden.In dieser Studie haben wir gezeigt, dass die mittels Durchflusszytometrie isolierten hUC-MSCs homogen waren, ohne jegliche Kontamination durch hämatopoetische Stammzellen und deren Vorläufer.Dies wurde durch unsere experimentellen Immunfluoreszenzdaten bestätigt, die die positiven Marker CD29, CD73, CD105 und HLA-ABC repräsentierten, und dagegen eine fehlende Expression der negativen Marker CD14 und HLA-DR und der kostimulatorischen Marker CD80, CD86 in den Kulturen.Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Expressionsniveaus für CD105 in den exponierten Gruppen, dh DE und IE, signifikant zurückgingen.Die reduzierte Expression von CD105 in DE und IE im Vergleich zu NC deutet auf eine mögliche Veränderung ihres Zellschicksals hin.Ob die beobachtete Abnahme mit einer unterdrückten oder verstärkten biologischen Funktion in Verbindung gebracht werden könnte, rechtfertigt weitere Untersuchungen.Abgesehen von CD105 gab es keinen signifikanten Unterschied in den Expressionsniveaus der Zelloberflächenmarker zwischen den exponierten und den Kontrollen.Ähnliche Ergebnisse wurden von Sun et al.43 erzielt, als sie berichteten, dass die MF-Exposition die beobachtete Morphologie des Oberflächenphänotyps und das Differenzierungspotenzial für die BM-MSCs in mehreren Linien nicht signifikant beeinflusst.Da die hUC-MSCs positiv für die MSCs-Expression (Oberflächenadhärenz und Zelloberflächenexpressionen) waren, selbst nachdem sie MF ausgesetzt waren, kann geschlussfolgert werden, dass der MF zu keiner signifikanten Wirkung oder sogar zu einem veränderten Immunphänotyp der hUC-MSCs durch den MF beiträgt nach 72 h Kultivierung in MF-Umgebung.Bei Kultivierung in einem osteogenen Induktionsmedium wurden die kulturerzeugten hUC-MSCs basierend auf der zytochemischen Färbung in Osteozyten differenziert.Insbesondere hat sich die angeborene Fibroblasten-ähnliche Morphologie von MSCs während der induzierten Osteogenese in quaderähnliche Formen verändert.Wenn diese Zellen mit Alizarinrot gefärbt wurden, schienen sie aufgrund von Zellaggregation und Knötchenbildung eine ziegelrote Farbe aufzuweisen.Ein bestimmter Bereich des Färbepigments erschien dichter und es wird angenommen, dass es sich um eine Calciumablagerung handelt, ein üblicher Osteogeneseindikator.Die Ergebnisse der aktuellen Studie ähneln den von53,54,55 durchgeführten Studien.Es sollte jedoch eine weitere Charakterisierung der Osteogenese durchgeführt werden, um diese Beobachtung gründlich zu validieren.Beispielsweise kann der Kalziumgehalt dieser Zellen weiter über einen kolorimetrischen Assay beurteilt werden, und RT-qPCR kann verwendet werden, um das Vorhandensein von Osteozytenmarkern zu identifizieren.Darüber hinaus kann die Western-Blot-Analyse das Vorhandensein von Proteinen bewerten, die mit der Osteogenese in Verbindung stehen.Unsere vorläufigen Ergebnisse hier unterstützen die Vorstellung, dass SMF SmCo5 das multipotente Differenzierungspotential von hUC-MSCs, insbesondere das osteogene Potential, nicht beeinflusst.Proliferationsassays unter Verwendung von Techniken wie MTT und Zellzyklus haben eine erhöhte Proliferation von MSC nach Exposition gegenüber MF gezeigt51,52,56.Unser Ergebnis zeigte, dass die Zellen in der DE-Gruppe im Vergleich zu den IE- und NC-Gruppen bereits nach 18 Stunden Kultivierung in den Zellzyklus aufgenommen wurden.Im Laufe der Zeit kann es bei hUC-MSC zu einer zellulären Seneszenz kommen, bei der mehr Zellen in der G0/G1-Phase angehalten werden57.Das Altern von Zellen hängt eng mit der Telomeraseaktivität und der Telomerlänge zusammen.Obwohl die Telomerlänge und die Telomeraseaktivität in der Präsenzstudie nicht gemessen wurden, kann die Förderung der Zellzyklusprogression und die Verringerung der Apoptoseaktivität, wie durch den Zellzyklus angezeigt, indirekt die Telomeraseaktivität darstellen.Dies deutet darauf hin, dass MF intensiviert das Überleben von hUC-MSCs induzieren kann oder dass MF als anti-apoptotisches Mittel für den Zellzyklusmechanismus von 6 bis 48 h wirkt.Die Zellen können möglicherweise den Ruhezustand verlassen und weiter proliferieren;und somit kann der Alterungsprozess durch MF-Exposition verhindert werden.Um dies zu bestätigen, sollte zur weiteren Untersuchung eine Messung der Apoptoseaktivität wie Caspase-Assays durchgeführt werden.Die erhaltenen Ergebnisse zeigten, dass der MF die Anzahl der Zellen in der nachgewiesenen S- und G2/M-Phase erhöht, wie in der DE-Gruppe beobachtet.Unsere RT-PCR-Genexpressionsanalyse ergab, dass die NANOG-Expression bei DE im Vergleich zu IE in Passage 3 um das 2,73-fache zunahm. Dies steht im Einklang mit den Ergebnissen von Rinaldi et al.58, wo die Exposition gegenüber Radio Electric Asymmetric Conveyer (REAC) 30 verursachte -facher Anstieg der NANOG-Expression in MSCs, sogar in Zellen bei Passage 30. Dies induzierte folglich eine Hochregulierung der Bmi1-Expression, die eine zentrale Rolle bei der DNA-Reparatur und Selbsterneuerung von Stammzellen spielt.Als solches kann MF in der Studie die Zellproliferation durch erhöhtes NANOG erleichtern, wie es bei REAC beobachtet wurde.Die verringerte Expression des SOX-2-Gens legt nahe, dass sich in den DE-behandelten Zellen im Vergleich zu IE und NC eine differenziertere Subpopulation von Zellen bildete.Diese Beobachtung rechtfertigt die Tatsache, dass das Zellschicksal tatsächlich durch SMF durch ein biologisches Phänomen beeinflusst wird, das weitere Untersuchungen rechtfertigt.Die vorliegende Studie zeigte, dass MF mit einer Intensität von 21,6 mT die In-vitro-Proliferation stimulieren und die Vermehrung von hUC-MSCs verbessern kann, ohne ihre immunphänotypische Integrität zu beeinträchtigen.Diese Fähigkeiten können jedoch weiter untersucht werden, indem die Auswirkungen auf die MF-Exposition auf wichtige Signalwege unter Verwendung globaler Genevaluierungs- und Computerbiologie-Tools analysiert werden.Die aktuellen Studien waren mehr darauf ausgerichtet, das grundlegende Potenzial der MF-Exposition für die Ausbreitung von MSCs zu entdecken.Die erhöhte Genexpression von NANOG neben anderen assoziierten pluripotenten Markern wie OCT4, SOX2 und REX-1 kann auf ein potenzielles unerwünschtes Ereignis hindeuten, da sich eine solche Koexpression von NANOG und OCT4 in früheren Literaturangaben in einer schlechten Prognose mehrerer Malignome niedergeschlagen hatte einschließlich Lungen-, Gliom- und Nierenzellkarzinomen59,60,61,62.Daher wird eine separate Studie durchgeführt, um sich eingehender mit der Angelegenheit zu befassen, in der Hoffnung, eine konkretere Schlussfolgerung zu ihrer Sicherheit zu liefern.Weitere Untersuchungen würden auch verschiedene genetische und Metabolomik-Studien, Untersuchungen zur MF-Exposition mit Stammzellen und Wachstum von Krebsstammzellen und die Auswirkungen auf die Krebsentwicklung umfassen.Darüber hinaus ist eine wichtige Beobachtung, die in der vorliegenden Studie gemacht wurde, die schlechte Leistung der indirekten Exposition von MF gegenüber hUC-MSCs, wie aus den Ergebnissen der IE-Zellengruppe während der gesamten Studie hervorgeht.Obwohl die IE-Gruppe als technische Kontrolle eingeführt wurde, zeigte sie, dass die Möglichkeit einer unerwünschten Wirkung besteht, wenn MSC indirekt MF ausgesetzt werden.Es wird jedoch empfohlen, in zukünftigen Studien den Abstand der Magnetquelle zu den biologischen Eigenschaften von MSCs zu berücksichtigen.In der Studie wurde Samarium-Kobalt verwendet, ein Seltenerdmagnet aus einer Legierung aus Samarium und Kobalt, der eine große und dauerhafte Magnetisierung bietet.Die magnetische Komponente bestand aus zwei Samarium-Kobalt-Magnetzylindern (SmCo5 oder SmCo Series 1:5).Jeder Magnetzylinder war 4 cm dick mit einem Durchmesser von 9,5 cm und mit Nickel beschichtet, um ein Abplatzen zu vermeiden und die Oberfläche härter zu machen.Med.Artikel CAS PubMed Google ScholarEng.Med.AuflösungArtikel CAS PubMed Google ScholarMed.Med.Artikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarAuflösungAuflösungArtikel CAS PubMed Google ScholarNatl.Akad.Wissenschaft.Artikel PubMed PubMed CentralGoogle ScholarJ.Med.Artikel CAS PubMed Google ScholarAuflösungArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarBin.Artikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarEng.akt.biol.Artikel PubMed PubMed CentralGoogle ScholarAuflösungBr.Artikel CAS PubMed Google ScholarArtikel PubMed PubMed CentralGoogle ScholarUmgebung.Med.Artikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarKlin.Entwicklerbiol.Artikel CAS PubMed Google ScholarWissenschaft.biol.Med.Zelle.AuflösungEntwicklerbiol.Artikel CAS PubMed Google ScholarWissenschaft.Artikel CAS PubMed Google ScholarWissenschaft.Artikel CAS PubMed Google Scholar