Mesenchymal stem cells from extra-fetal tissues in the horse: in vitro and in vivo studies for the allogenic application in regenerative medicine

The aim of this work was to optimise protocols for the isolation, expansion and characterisation in vitro of homogeneous mesenchymal stem cell (MSC) populations obtained from extra-fetal tissues (umbilical cord matrix and amnion) to investigate their biological properties and to assess whether they can be used for the treatment of tendinopathies in the horse. Data obtained show that cells express MSC- and pluripotent-associated markers, have low immunogenicity but high prolificacy and plasticity, differentiating in vitro toward mesodermic and ectodermic lineages. Moreover, cryopreservation does not affect these properties. For the first time, amnion-derived MSCs have been allogeneically transplanted into horses with tendon injuries. All the clinical findings reported demonstrated that transplanted cells were well-tolerated by horses and provided compelling evidences to support the exertion of beneficial effects by the injected cells. Studies in vivo confirm the increasing interest in extra-fetal tissues, representing a promising alternative and easily accessible source of multipotent stem cells. At the Scottish Centre for Regenerative Medicine (University of Edinburgh), a new strategy to improve the efficiency of stem cell culture has been established. In particular, a spatial and temporal controlled release of bioactive factors sequestered in biodegradable nanoparticles specific for the cell type of interest has been achieved, in first instance in the context of supporting mouse embryonic stem cells self-renewal and pluripotency. This approach is adaptable to other stem cell systems, including those requiring in vitro extended cultures often challenged by phenotypic modifications and genetic changes in karyotype. It will contribute significantly to the scalable manufacture of stem cells and the clinical delivery of new advanced cell-based therapies for regenerative medicine.

Obiettivo di questo lavoro è stato quello di mettere a punto protocolli per l’isolamento, l’espansione e la caratterizzazione in vitro di popolazioni omogenee di cellule staminali mesenchimali (MSC) isolate da tessuti extra-fetali equini (matrice cordonale e amnios), valutandone il possibile impiego nella terapia delle lesioni tendinee. Dai risultati ottenuti emerge che le popolazioni cellulari isolate sono caratterizzate dall’espressione di marker di mesenchimalità e pluripotenza, dall’assenza di espressione di marker di immunogenicità, da un’intensa capacità proliferativa e differenziativa nella linea mesodermica ed ectodermica e sono in grado di tollerare la crioconservazione senza perdere tali proprietà. Per la prima volta in campo equino, MSC allogeniche di derivazione amniotica sono state inoltre utilizzate per il trattamento di lesioni tendinee acute. L’assenza di reazioni al trapianto e la rapida evoluzione riscontrata nei soggetti trattati, probabilmente stimolata da un’intrinseca attività antinfiammatoria di questa popolazione cellulare, confermano l’interesse sempre crescente rivolto agli invogli fetali come fonte alternativa e facilmente accessibile di cellule staminali multipotenti. Durante il periodo di ricerca trascorso presso il Centro di Medicina Rigenerativa dell’Università di Edimburgo, è stata messa a punto un’innovativa tecnologia basata sull’impiego di nanoparticelle biodegradabili in grado di veicolare in maniera altamente specifica fattori di crescita utili al mantenimento delle caratteristiche di pluripotenza di cellule staminali embrionali di topo. Tale approccio, trasferibile ad altri tipi cellulari, si propone in prima istanza di ridurre significativamente il rischio di alterazioni fenotipiche o cromosomiche per le cellule che richiedono cicli ripetuti di espansione in vitro, per un loro impiego efficace nella medicina rigenerativa.