イヌの変形性関節症関節由来の滑膜由来間葉系前駆細胞は、正常関節に比べ軟骨形成能が低く、骨形成能が高い

Synovial membrane-derived mesenchymal progenitor cells from osteoarthritic joints in dogs possess lower chondrogenic-, and higher osteogenic capacity compared to normal joints.

抄録

背景:

滑膜由来間葉系前駆細胞（SM-MPC）は、in vitroおよびin vivoでの軟骨修復能を考慮すると、細胞を用いた変形性関節症（OA）治療の有望な候補である。しかしながら、OA環境はその再生能力に悪影響を及ぼす可能性がある。イヌは変形性関節症（OA）の関連動物モデルと考えられているにもかかわらず、イヌ（c）SM-MPCについて、正常のSM-MPCとOAのSM-MPCを比較した研究はない。そこで本研究では、正常およびOA滑膜組織由来のcSM-MPCを比較し、OA環境がCDマーカープロファイルおよびコロニー形成単位（CFU）能力で示されるMPC数に及ぼす影響、およびOAニッチが三系列分化に及ぼす影響を明らかにした。

BACKGROUND: Synovial membrane-derived mesenchymal progenitor cells (SM-MPCs) are a promising candidate for the cell-based treatment of osteoarthritis (OA) considering their in vitro and in vivo capacity for cartilage repair. However, the OA environment may adversely impact their regenerative capacity. There are no studies for canine (c)SM-MPCs that compare normal to OA SM-MPCs, even though dogs are considered a relevant animal model for OA. Therefore, this study compared cSM-MPCs from normal and OA synovial membrane tissue to elucidate the effect of the OA environment on MPC numbers, indicated by CD marker profile and colony-forming unit (CFU) capacity, and the impact of the OA niche on tri-lineage differentiation.

方法:

健常犬と十字靭帯断裂犬の膝関節から正常滑膜とOA滑膜を採取した。滑膜は病理組織学的OARSIスコアリングと炎症/滑膜炎関連マーカーのRT-qPCRにより評価した。さらに、MPCマーカーであるCD90、CD73、CD44、CD271、CD34を用いたフローサイトメトリー、RT-qPCR、免疫組織化学により、固有組織におけるcSM-MPCの存在を評価した。さらに、酵素消化により単離された細胞は、CFU能力と集団倍加アッセイにより特徴づけられた。cSM-MPCは、プラスチック付着に基づいて選択され、継代2まで拡大され、MPC関連表面マーカーの発現と三系列分化能について評価された。

METHODS: Normal and OA synovial membrane were collected from the knee joints of healthy dogs and dogs with rupture of the cruciate ligaments. The synovium was assessed by histopathological OARSI scoring and by RT-qPCR for inflammation/synovitis-related markers. The presence of cSM-MPCs in the native tissue was further characterized with flow cytometry, RT-qPCR, and immunohistochemistry, using the MPC markers; CD90, CD73, CD44, CD271, and CD34. Furthermore, cells isolated upon enzymatic digestion were characterized by CFU capacity, and a population doublings assay. cSM-MPCs were selected based on plastic adherence, expanded to passage 2, and evaluated for the expression of MPC-related surface markers and tri-lineage differentiation capacity.

結果:

OA関節から採取された滑膜組織は、正常関節と比較してOARSIスコアが有意に高く、炎症/滑膜炎マーカーであるS100A8/9、IL6、IL8、CCL2が有意に上昇していた。正常関節とOA関節の滑膜はともに、線維芽細胞様の形態、CFU能力、MPCマーカー発現の維持など、MPCの特性を示す細胞を含んでいた。しかしながら、OA滑膜cSM-MPCは、正常cSM-MPCとは対照的に、軟骨系へ分化することができず、脂肪形成能も低かった。さらに、OA滑膜にはCD90+、CD44+、CD34+、CD271+細胞の割合が有意に少なかった。

RESULTS: Synovial tissue collected from the OA joints had a significantly higher OARSI score compared to normal joints, and significantly upregulated inflammation/synovitis markers S100A8/9, IL6, IL8, and CCL2. Both normal and OA synovial membrane contained cells displaying MPC properties, including a fibroblast-like morphology, CFU capacity, and maintained MPC marker expression over time during expansion. However, OA cSM-MPCs were unable to differentiate towards the chondrogenic lineage and had low adipogenic capacity in contrast to normal cSM-MPCs, whereas they possessed a higher osteogenic capacity. Furthermore, the OA synovial membrane contained significantly lower percentages of CD90+, CD44+, CD34+, and CD271+ cells.

結論:

OA環境はcSM-MPCの再生能に悪影響を及ぼし、正常なcSM-MPCと比較してCFU、集団倍加、軟骨形成能が低下していることが裏付けられた。OA用cSM-MPCは、正常cSM-MPCと比較して、OAに対する細胞ベースの治療には最適でない可能性がある。

CONCLUSIONS: The OA environment had adverse effects on the regenerative potential of cSM-MPCs, corroborated by decreased CFU, population doubling, and chondrogenic capacity compared to normal cSM-MPCs. OA cSM-MPCs may be a less optimal candidate for the cell-based treatment of OA than normal cSM-MPCs.