Identification of the paracrine signals involved in immunomodulation, regeneration and cancer progression

Immunotherapy and regenerative medicine involves the use of living cells, or their derivatives, to modulate the function of endogenous cells. Cell communication, named “cross-talk”, involves numerous paracrine signals, exchanged between cells, which have been reported to modulate the behavior of specific cell lines. The Mesenchymal Stem Cells (MSC) are very promising candidate for cell-therapy due to their properties (high proliferation rate, differentiation capacity, low immunogenicity and good immuno-suppressive and modulatory properties). In this PhD project, Human Chorionic Villi (hCV) and Amniotic Fluid (hAF) derived from MSCs, have been characterized in terms of proliferative and differentiation abilities. The first aim of this work was to study the interaction in two ovarian cancer cell lines, exposed to the conditioned medium of characterized hCV-MSCs and hAF- MSCs, focusing the attention in the soluble factors contained in the conditioned medium. The results derived from AF-MSCs showed a major effect on both ovarian cancer cells in 2D models but not replicated when using 3D cell cultures. As second aim, the interference of pathological backgrounds, i.e. Down Syndrome, on the hCV-MSCs abilities was investigated. The major discrepancies derived from the pathology were a reduction in term of proliferation an increase of production of inflammation markers and radical oxygen species. Finally, the third aim was to evaluate the growth inhibitory activity of the combination between two natural compounds (Wasabia japonica and Active hexose correlated), on MCF-7 and PANC02 cell lines. Our study demonstrated that the combination of these two natural compounds had a great inhibitory and anti-inflammatory activity compared to the single compounds on cancer cells. Taken together our results, the cross-talk played the pivotal role in the regulation of cellular processes and its extremely variable effects, dependent on the considered cell line.

L’immunoterapia e la medicina rigenerativa coinvolgono l’uso di linee cellulari e loro derivati per il ripristino di funzioni compromesse. La comprensione della comunicazione cellulare (cross-talk) coinvolge numerosi segnali paracrine, i quali agiscono da modulatori dell’espressione genica delle cellule stesse. In particolare, le cellule staminali mesenchimali (MSC) sono promettenti candidati per la terapia cellulare, essendo dotate di proprietà specifiche (elevate proliferazione, capacità differenziativa, bassa immunogenicità e buone proprietà immune-soppressive e immune-modulatorie). In questo progetto di Dottorato, MSC derivate da Villi Coriali (hCV) e da Liquido Amniotico (hAF), da donne in buona salute, sono state caratterizzate ed è stato valutato l’effetto del terreno condizionato prelevato da esse in due linee di cellule del cancro ovarico. In particolare, gli esosomi all’ interno del terreno sono stati purificati e caratterizzati tramite microscopio e nanoparticle tracking. Sebbene le hCV-MSC sono risultate migliori in termini di proliferazione, il trattamento con hAF-MSC ha mostrato una riduzione di vitalità in modelli 2D, tuttavia, questi risultati non sono stati confermati in modelli 3D. Secondariamente è stato valutato l’effetto di un background patologico (Sindrome di Down) sulle caratteristiche delle hCV- MSC, riscontrando la maggior discrepanza in termini proliferativi, produzione di markers infiammatori e di radicali. Infine, il terzo scopo è stato di valutare l’attività di inibizione della crescita cellulare in MCF-7 e PANC02, da parte di una combinazione tra due composti naturali Wasabia japonica e Active hexose correlated compound. La combinazione è stata testata tramite saggi di proliferazione, tossicità’ e azione immunomodulatoria, dimostrando che il mix presentava maggiori effetti di inibizione rispetto ai singoli composti. In conclusione, gli studi sul cross-talk possono costituire un nuovo approccio per contrastare differenti condizioni patologiche ed intensificare l’azione del sistema immunitario.