Published March 17, 2023 | Version v1
Publication Open

Co-regulation of Sox9 and TGFβ1 transcription factors in mesenchymal stem cells regenerated the intervertebral disc degeneration

Creators

  • 1. University of Karachi
  • 2. International Center for Chemical and Biological Sciences

Description

Intervertebral disc (IVD) shows aging and degenerative changes earlier than any other body connective tissue. Its repair and regeneration provide a considerable challenge in regenerative medicine due to its high degree of infrastructure and mechanical complexity. Mesenchymal stem cells, due to their tissue resurfacing potential, represent many explanatory pathways to regenerate a tissue breakdown.This study was undertaken to evaluate the co-regulation of Sox9 and TGFβ1 in differentiating human umbilical cord mesenchymal stem cells (hUC-MSC) into chondrocytes. The combinatorial impact of Sox9 and TGFβ1 on hUC-MSCs was examined in vitro by gene expression and immunocytochemical staining. In in vivo, an animal model of IVD degeneration was established under a fluoroscopic guided system through needle puncture of the caudal disc. Normal and transfected MSCs were transplanted. Oxidative stress, pain, and inflammatory markers were evaluated by qPCR. Disc height index (DHI), water content, and gag content were analyzed. Histological examinations were performed to evaluate the degree of regeneration.hUC-MSC transfected with Sox9+TGFβ1 showed a noticeable morphological appearance of a chondrocyte, and highly expressed chondrogenic markers (aggrecan, Sox9, TGFβ1, TGFβ2, and type II collagens) after transfection. Histological observation demonstrated that cartilage regeneration, extracellular matrix synthesis, and collagen remodeling were significant upon staining with H&E, Alcian blue, and Masson's trichrome stain on day 14. Additionally, oxidative stress, pain, and inflammatory markers were positively downregulated in the animals transplanted with Sox9 and TGFβ1 transfected MSCs.These findings indicate that the combinatorial effect of Sox9 and TGFβ1 substantially accelerates the chondrogenesis in hUC-MSCs. Cartilage regeneration and matrix synthesis were significantly enhanced. Therefore, a synergistic effect of Sox9 and TGFβ1 could be an immense therapeutic combination in the tissue engineering of cartilaginous joint bio-prostheses and a novel candidate for cartilage stabilization.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يظهر القرص بين الفقرات (IVD) شيخوخة وتغيرات تنكسية قبل أي نسيج ضام آخر للجسم. يوفر إصلاحه وتجديده تحديًا كبيرًا في الطب التجديدي نظرًا لدرجته العالية من البنية التحتية والتعقيد الميكانيكي. تمثل الخلايا الجذعية الوسيطة، بسبب قدرتها على إعادة تسطيح الأنسجة، العديد من المسارات التفسيرية لتجديد انهيار الأنسجة. تم إجراء هذه الدراسة لتقييم التنظيم المشترك لـ Sox9 و TGFβ 1 في تمييز الخلايا الجذعية الوسيطة للحبل السري البشري (hUC - MSC) إلى خلايا غضروفية. تم فحص التأثير التوافقي لـ Sox9 و TGFβ 1 على hUC - MSCs في المختبر عن طريق التعبير الجيني والتلوين الكيميائي المناعي. في الجسم الحي، تم إنشاء نموذج حيواني لتنكس IVD تحت نظام موجه بالمنظار الفلوري من خلال ثقب إبرة القرص الذيلي. تم زرع MSCs طبيعية ومعدية. تم تقييم الإجهاد التأكسدي والألم والعلامات الالتهابية بواسطة QPCR. تم تحليل مؤشر ارتفاع القرص (DHI) ومحتوى الماء ومحتوى الكمامة. تم إجراء الفحوصات النسيجية لتقييم درجة التجديد. أظهر HUC - MSC الذي تم نقله باستخدام Sox9 +TGFβ 1 مظهرًا شكليًا ملحوظًا للخلايا الغضروفية، وعلامات غضروفية المنشأ عالية التعبير (aggrecan، Sox9، TGFβ 1، TGFβ 2، والنوع الثاني من الكولاجين) بعد نقل العدوى. أظهرت الملاحظة النسيجية أن تجديد الغضروف، وتوليف المصفوفة خارج الخلية، وإعادة تشكيل الكولاجين كانت مهمة عند التلطيخ بـ H&E، وأزرق Alcian، وصبغة ماسون ثلاثية الألوان في اليوم الرابع عشر. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل تنظيم الإجهاد التأكسدي والألم والعلامات الالتهابية بشكل إيجابي في الحيوانات المزروعة بـ Sox9 و TGFβ 1 المنقولة بالعدوى MSCs. تشير هذه النتائج إلى أن التأثير التوافقي لـ Sox9 و TGFβ 1 يسرع بشكل كبير من تكوين الغضروف في hUC - MSCs. تم تعزيز تجديد الغضروف وتركيب المصفوفة بشكل كبير. لذلك، يمكن أن يكون التأثير التآزري لـ Sox9 و TGFβ 1 مزيجًا علاجيًا هائلاً في هندسة الأنسجة للأطراف الصناعية الحيوية للمفاصل الغضروفية ومرشحًا جديدًا لتثبيت الغضروف.

Translated Description (French)

Le disque intervertébral (IVD) montre un vieillissement et des changements dégénératifs plus tôt que tout autre tissu conjonctif corporel. Sa réparation et sa régénération constituent un défi considérable en médecine régénérative en raison de son haut degré d'infrastructure et de sa complexité mécanique. Les cellules souches mésenchymateuses, en raison de leur potentiel de resurfaçage tissulaire, représentent de nombreuses voies explicatives pour régénérer une dégradation tissulaire. Cette étude a été entreprise pour évaluer la co-régulation de SOX9 et TGFβ1 dans la différenciation des cellules souches mésenchymateuses du cordon ombilical humain (hUC-MSC) en chondrocytes. L'impact combinatoire de SOX9 et TGFβ1 sur les CSM-hUC a été examiné in vitro par expression génique et coloration immunocytochimique. In vivo, un modèle animal de dégénérescence IVD a été établi sous un système de guidage fluoroscopique par ponction à l'aiguille du disque caudal. Des CSM normaux et transfectés ont été transplantés. Le stress oxydatif, la douleur et les marqueurs inflammatoires ont été évalués par qPCR. L'indice de hauteur du disque (DHI), la teneur en eau et la teneur en gag ont été analysés. Des examens histologiques ont été effectués pour évaluer le degré de régénération. hUC-MSC transfecté avec SOX9+TGFβ1 a montré une apparence morphologique notable d'un chondrocyte et des marqueurs chondrogéniques fortement exprimés (aggrecan, SOX9, TGFβ1, TGFβ2 et collagènes de type II) après transfection. L'observation histologique a démontré que la régénération du cartilage, la synthèse de la matrice extracellulaire et le remodelage du collagène étaient significatifs lors de la coloration avec H&E, le bleu d'Alcian et la coloration au trichrome de Masson au jour 14. De plus, le stress oxydatif, la douleur et les marqueurs inflammatoires ont été positivement régulés à la baisse chez les animaux transplantés avec des CSM transfectées par SOX9 et TGFβ1. Ces résultats indiquent que l'effet combinatoire de SOX9 et TGFβ1 accélère considérablement la chondrogénèse dans les CSM hUC. La régénération du cartilage et la synthèse de la matrice ont été significativement améliorées. Par conséquent, un effet synergique de SOX9 et de TGFβ1 pourrait être une immense combinaison thérapeutique dans l'ingénierie tissulaire des bioprothèses des articulations cartilagineuses et un nouveau candidat pour la stabilisation du cartilage.

Translated Description (Spanish)

El disco intervertebral (div) muestra envejecimiento y cambios degenerativos antes que cualquier otro tejido conectivo corporal. Su reparación y regeneración suponen un reto considerable en medicina regenerativa por su alto grado de infraestructura y complejidad mecánica. Las células madre mesenquimales, debido a su potencial de rejuvenecimiento tisular, representan muchas vías explicativas para regenerar una descomposición tisular. Este estudio se realizó para evaluar la corregulación de Sox9 y TGFβ1 en la diferenciación de las células madre mesenquimales del cordón umbilical humano (hUC-MSC) en condrocitos. El impacto combinatorio de Sox9 y TGFβ1 en hUC-MSC se examinó in vitro mediante expresión génica y tinción inmunocitoquímica. In vivo, se estableció un modelo animal de degeneración de div bajo un sistema guiado fluoroscópico a través de punción con aguja del disco caudal. Se trasplantaron MSC normales y transfectadas. El estrés oxidativo, el dolor y los marcadores inflamatorios se evaluaron mediante qPCR. Se analizaron el índice de altura del disco (DHI), el contenido de agua y el contenido de GAG. Se realizaron exámenes histológicos para evaluar el grado de regeneración. Las hUC-MSC transfectadas con Sox9+TGFβ1 mostraron una apariencia morfológica notable de un condrocito y marcadores condrogénicos altamente expresados (agrecano, Sox9, TGFβ1, TGFβ2 y colágenos tipo II) después de la transfección. La observación histológica demostró que la regeneración del cartílago, la síntesis de la matriz extracelular y la remodelación del colágeno fueron significativas tras la tinción con H&E, azul Alcian y tinción tricrómica de Masson el día 14. Además, el estrés oxidativo, el dolor y los marcadores inflamatorios se redujeron positivamente en los animales trasplantados con MSC transfectadas con Sox9 y TGFβ1. Estos hallazgos indican que el efecto combinatorio de Sox9 y TGFβ1 acelera sustancialmente la condrogénesis en hUC-MSC. La regeneración del cartílago y la síntesis de la matriz se mejoraron significativamente. Por lo tanto, un efecto sinérgico de Sox9 y TGFβ1 podría ser una inmensa combinación terapéutica en la ingeniería de tejidos de bioprótesis articulares cartilaginosas y un nuevo candidato para la estabilización del cartílago.

Files

pdf.pdf

Files (4.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5007869f87d3b67d7900e2985cf0fba0
4.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
أدى التنظيم المشترك لعوامل النسخ Sox9 و TGFβ 1 في الخلايا الجذعية المتوسطة إلى تجديد تنكس القرص بين الفقرات
Translated title (French)
La co-régulation des facteurs de transcription SOx9 et TGFβ1 dans les cellules souches mésenchymateuses a régénéré la dégénérescence du disque intervertébral
Translated title (Spanish)
La corregulación de los factores de transcripción Sox9 y TGFβ1 en células madre mesenquimales regeneró la degeneración del disco intervertebral

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4327734993
DOI
10.3389/fmed.2023.1127303

Is supplement to
https://openalex.org/W2891423528 (Other)
https://openalex.org/W2880742748 (Other)
https://openalex.org/W2768972775 (Other)
https://openalex.org/W2354925532 (Other)
https://openalex.org/W2333921594 (Other)
https://openalex.org/W2272530367 (Other)
https://openalex.org/W2124792556 (Other)
https://openalex.org/W2104983126 (Other)
https://openalex.org/W2032518686 (Other)
https://openalex.org/W2026734181 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1533220576
  • https://openalex.org/W1790117378
  • https://openalex.org/W1965830920
  • https://openalex.org/W1985153798
  • https://openalex.org/W1992698427
  • https://openalex.org/W1995045618
  • https://openalex.org/W2028000988
  • https://openalex.org/W2073903434
  • https://openalex.org/W2087933180
  • https://openalex.org/W2226260944
  • https://openalex.org/W2465361647
  • https://openalex.org/W2740304649
  • https://openalex.org/W2767600596
  • https://openalex.org/W2790410554
  • https://openalex.org/W2801815258
  • https://openalex.org/W2805769984
  • https://openalex.org/W2807996632
  • https://openalex.org/W2809901731
  • https://openalex.org/W2830533178
  • https://openalex.org/W2885613245
  • https://openalex.org/W2891568007
  • https://openalex.org/W2900009423
  • https://openalex.org/W2941574647
  • https://openalex.org/W2956125377
  • https://openalex.org/W2956913827
  • https://openalex.org/W2961082130
  • https://openalex.org/W2971694825
  • https://openalex.org/W2979701974
  • https://openalex.org/W2981849589
  • https://openalex.org/W2982575646
  • https://openalex.org/W2986932968
  • https://openalex.org/W2988038392
  • https://openalex.org/W2988095053
  • https://openalex.org/W2991221251
  • https://openalex.org/W3006399511
  • https://openalex.org/W3012168781
  • https://openalex.org/W3014805023
  • https://openalex.org/W3015099791
  • https://openalex.org/W3016491628
  • https://openalex.org/W3023814321
  • https://openalex.org/W3025609656
  • https://openalex.org/W3028479423
  • https://openalex.org/W3039399245
  • https://openalex.org/W3092235358
  • https://openalex.org/W3094283610
  • https://openalex.org/W3094337858
  • https://openalex.org/W3129718913
  • https://openalex.org/W3134314259
  • https://openalex.org/W3135135096
  • https://openalex.org/W3144014147
  • https://openalex.org/W3153683891
  • https://openalex.org/W3154762783
  • https://openalex.org/W3164835730
  • https://openalex.org/W3165199523
  • https://openalex.org/W3176182565
  • https://openalex.org/W3184974288
  • https://openalex.org/W3190187190
  • https://openalex.org/W3207709525
  • https://openalex.org/W3212670824
  • https://openalex.org/W4200331351
  • https://openalex.org/W4200332635
  • https://openalex.org/W4200417649
  • https://openalex.org/W4213453236
  • https://openalex.org/W4214537189
  • https://openalex.org/W4220670846
  • https://openalex.org/W4220844001
  • https://openalex.org/W4221067602
  • https://openalex.org/W4221104493
  • https://openalex.org/W4221117729
  • https://openalex.org/W4224292470
  • https://openalex.org/W4239364203
  • https://openalex.org/W4280558401
  • https://openalex.org/W4283395497
  • https://openalex.org/W4287958155
  • https://openalex.org/W4288708930
  • https://openalex.org/W4295556514
  • https://openalex.org/W4304889270
  • https://openalex.org/W4308448546