The effect of antioxidant culture conditions and isolation methods in obtaining mesenchymal stem cells from the wharton’s jelly of human umbilical cord

Abstract

Objective: Obtaining and growing human stem cells are the first stages of regenerative medicine applications. During cell proliferation for therapeutic purposes, mesenchymal stem cells (MSCs) rapidly undergo premature aging, possibly involving oxidative stress. Bone marrow MSCs (BM-MSCs) are the most clinically used cells. It is suggested that Wharton-jelly MSCs (WJ-MSCs) located around the umbilical cord may be more useful than BM-MSCs due to non-invasive acquisition, lack of expression of proteins which cause tissue rejection, and their immunosuppressive properties. It was aimed to compare the efficiency of the isolation methods used in the reproduction of WJ-MSCs and to determine the effect of anti-oxidative culture conditions on cell viability and expression of cell-surface antigens. Materials and Methods: Postnatal cord samples were obtained from 17 healthy pregnant women who met the inclusion criteria. Stem cells were obtained from Wharton jelly using enzymatic and explant methods and cell viability and proliferation capacities were compared. Results: The differentiation capacity of stem cells into osteoblasts, chondrocytes and adipocytes was demonstrated immunohistochemically. The expression of CD44, CD73, CD90, CD105 surface antigens remained unchanged until the fourth passage during the proliferation process. The effect of culture conditions achieved by addition of anti-oxidant molecules N-acetyl cysteine and ascorbic acid on cell viability and cell surface antigen expressions were demonstrated. Conclusion: The explant method in the isolation of MSCs from Wharton jelly was more advantageous than the enzymatic method due to the total number of cells obtained in a shorter time period, without significantly changing the surface antigen expressions. / Amaç: Günümüzde, insan kök hücrelerin eldesi ve kültür ortamında çoğaltılması rejeneratif tıp uygulamalarının ilk aşamalarından biridir. Terapötik amaçlar için in vitro hücre çoğaltmada, mezenkimal kök hücreleri (MKH)’ nin muhtemelen oksidatif stresi içeren erken yaşlanmaya hızla girmeleri önemli bir sorundur. Klinikte tedavide en yaygın kullanılan hücreler, kemik iliği MKH (Kİ-MKH) olmakla birlikte, göbek kordonu çevresinde yer alan Wharton jölesi MKH (WJ-MKH)’ nin invaziv olmayan şekilde elde edilebilmeleri, doku reddine yol açan proteinleri eksprese etmemeleri ve immünosupresif özellikleri nedeni ile Kİ-MKH’ nden daha kullanışlı olabilecekleri ileri sürülmektedir. Çalışmamız ile WJ-MKH’nin eldesi ve çoğaltılmasında kullanılan izolasyon yöntemlerinin etkinliğinin karşılaştırılması ve anti-oksidatif kültür koşullarının hücre canlılığı ve kök hücrelere özgü yüzey antijen ekspresyonlarına etkisinin belirlenmesi amaçlandı. Gereç ve Yöntem: Çalışmaya dahil etme kriterlerine uyan toplam 17 sağlıklı gebeden doğum sonrası kordon örnekleri alındı. Wharton jölesinden enzimatik ve eksplant yöntemi ile kök hücreler elde edilerek, hücre canlılıkları ve proliferasyon kapasiteleri karşılaştırıldı. Bulgular: Kök hücrelerin, osteoblastlara, kondrositlere ve adipositlere farklılaşma kapasiteleri immunohistokimyasal olarak gösterildi. Hücrelerin çoğaltılması sürecinde CD44, CD73, CD90, CD105 yüzey antijenlerinin dördüncü pasaja kadar anlamlı değişmeden eksprese edildiği saptandı. Antioksidan moleküller N-asetil sistein ve askorbik asit ilavesi ile sağlanan kültür koşullarının hücre canlılığı ve hücre yüzey antijen ekspresyonları üzerine etkisi gösterildi. Sonuç: Wharton jölesinden MKH’lerin izolasyonunda eksplant yönteminin yüzey antijen ifadeleri anlamlı değişmeksizin, daha kısa zaman diliminde elde edilen toplam hücre sayısı nedeni ile enzimatik yönteme göre daha avantajlı olduğu sonucuna varıldı.