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Timing of induction of cardiomyocyte differentiation for in vitro cultured mesenchymal stem cells: a perspective for emergencies

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Mesenchymal stem cells (MSCs) have the capacity to differentiate into osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, myocytes, and cardiomyocytes. Several established methods are presently available for in vitro isolation of MSCs from bone marrow. However, the duration necessary to culture them can be a major handicap to cell-based therapies needed for such urgent cardiovascular conditions as acute myocardial infarction and acute hindlimb ischemia. The best timing of cardiomyocyte differentiation induction after MCS isolation and expansion is still an unresolved issue. Our goal was to investigate the possibility of obtaining functional cardiomyocytes from rat MSC within a shorter time period. We examined MSCs’ colony-forming capacity, CD90 and CD34 immunoreactivity during the 14 days of culturing. Cardiomyocyte differentiation was induced by 5-azacytidine. Immunohistochemic staining, together with intracellular Ca2+ measurement experiments, revealed that MSCs do not differentiate into any specific cell lineage but show the characteristics of MSCs on both the 9th and 14th days of the culture. To check the potential for differentiation into cardiomyocytes, experiments with caffeine application and depolarization with KCl were performed. The cells possessed some of the specific biochemical features of contracting cells, with slightly higher capacities on the 14th day. Cells from 9th and 14th days of the culture that were treated with 5-azacytidine had a higher expression of cardiac-specific markers such as troponin I, α-sarcomeric actin, and MEF2D compared with the control groups. This study illustrates that it is possible to get functional cardiomyocytes from in vitro MSC culture in a shorter time period than previously achieved. This reduction in time may provide emergency cases with access to cell-based therapies that may have previously been unavailable.

Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) ont la capacité de se différencier en ostéoblastes, chondrocytes, adipocytes, myocytes et cardiomyocytes. Plusieurs méthodes éprouvées permettent d’isoler in vitro les CSM de la moelle osseuse. Toutefois, la durée requise pour leur culture pourrait être un désavantage majeur pour la thérapie cellulaire d’urgences cardiovasculaires comme l’infarctus du myocarde et l’ischémie des membres inférieurs. Le meilleur moment de l’induction de la différenciation des cardiomyocytes après l’isolement et l’expansion des CSM n’a toujours pas été déterminé. Nous avons étudié la possibilité d’obtenir des cardiomyocytes fonctionnels de CSM de rats sur une courte période de temps. Nous avons examiné la capacité de formation de colonies des CSM et l’immunoréactivité à CD90 et CD34 durant les 14 jours de culture. La différenciation en cardiomyocytes a été induite par la 5-azacytidine. La coloration immunohistochimique ainsi que des mesures du Ca2+ intracellulaire ont révélé que les CSM ne se différencient pas en une lignée cellulaire spécifique, mais montrent les caractéristiques des CSM lors des 9e et 14e jours de culture. Pour vérifier le potentiel de différenciation en cardiomyocytes, nous avons fait des expériences avec application de caféine et dépolarisation au KCl. Les cellules possédaient certaines des caractéristiques biochimiques spécifiques des cellules pouvant se contracter, avec des capacités légèrement supérieures le quatorzième jour. Les cellules des 9e et 14e jours de culture traitées avec la 5-azacytidine ont montré une plus grande expression de marqueurs spécifiques du cœur, tels que la troponine I, l’actine α-sarcomérique et MEF2D, comparativement à celles des groupes témoins. Cette étude montre qu’il est maintenant possible d’obtenir des cardiomyocytes fonctionnels d’une culture in vitro de CSM dans une courte période de temps. Cette réduction de temps pourrait fournir aux cas d’urgence un accès à des thérapies cellulaires jusqu’alors inaccessibles.
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Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2009

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