Effect of mesenchymal stem cell transplantation on the engraftment of human hematopoietic stem cells and leukemic cells in mice model

Abstract

[한글]

본 연구에서는 사람의 중배엽간세포와 조혈모세포 및 백혈병 세포의 동시 이식시 생착에 미치는 영향을 마우스 실험을 통하여 확인하고, 또한 투여된 중배엽간세포의 마우스 장기내 분포를 확인하고자 하였다.

재료 및 방법: NOD/SCID 마우스(n=42)에 3.0 Gy의 전신방사선 조사 후 24시간 내에 제대혈 CD34양성세포를 단독(n=7) 혹은 중배엽간세포와 동시에(n=35) 꼬리 정맥을 통하여 주입하였으며, 급성골수성백혈병환자 2례의 골수세포를 단독(n=6) 혹은 중배엽간세포와 동시에(n=6) 주입하였다. 이중 10례에서는 아데노바이러스를 이용하여 GFP 유전자 형질도입된 중배엽간세포를 주입하였다.

결과: 이식 6주후 조혈모세포의 생착율은 중배엽간세포를 동시이식한 군에서 유의하게 높았으며, 이러한 생착촉진효과는 투여된 CD34양성세포의 세포수가 적을수록 현저하였고, 투여된 중배엽간세포의 세포수에 비례하는 양상을 보였다. 백혈병세포의 생착양상은 중배엽간세포 동시투여군과 백혈병세포 단독 투여군에서 차이가 없었다. GFP유전자 형질도입된 중배엽간세포를 투여받은 10례의 마우스의 장기(간, 폐, 뇌, 근육, 신장, 골수)를 역시 이식 6주후 RT-PCR로 분석한 결과, 검사한 모든 장기에서 GFP의 mRNA존재를 확인할 수 있었으며, 이중 2례에서는 간, 다른 1례에서는 골수에서 면역조직화학염색 및 공초점 현미경상 GFP의 존재가 확인되었다.

결론: 중배엽간세포를 조혈모세포와 동시 이식했을 경우 조혈모세포 이식 세포수가 적은 경우에 현저한 생착 촉진효과를 보인 반면, 백혈병세포의 생착에 미치는 영향은 없었다. 또한 중배엽간세포는 이식 후 중요 장기에 광범위하게 생착됨을 확인할 수 있었다.

[영문]The effects of human bone marrow (BM)-derived culture-expanded mesenchymal stem cells (MSCs) on the engraftment when cotransplanted with unrelated human umbilical cord blood (UCB) CD34+ cells or acute myelogenous leukemia (AML) cells into NOD/SCID mice were investigated. The homing capability of MSCs to hematopoietic and nonhematopoetic tissues after systemic infusion was also assessed.

Materials and Methods. Forty-two NOD/SCID mice were administered sublethal irradiation followed by transplantation of various cell doses of UCB CD34+ cells with (n= 35; 3 different cell doses of MSCs) or without (n=7) human BM-derived culture-expanded MSCs. Another 12 NOD/SCID mice were also sublethally irradiated followed by transplantation of AML cells with (n= 6) or without (n=6) MSCs. In 10 of these mice, MSCs were genetically modified with a adenoviral vector encoding the enhanced green fluorescent protein (eGFP) gene for tracking purposes.

Results. Cotransplantation of UCB CD34+ cells and MSCs resulted in a significant increase in BM engraftment after 6 weeks, and this engraftment promoting effect of MSCs was proportional to the dose of MSCs and obvious when low doses of UCB CD34+ cells were given. There were no significant differences in engraftment between mice transplanted with AML cells with and without MSCs. The existence of MSCs in the major organs (liver, lung, brain, muscle, kidney, bone marrow) of 10 mice given eGFP-transduced MSCs were analyzed. RT-PCR (reverse transcriptase polymerase chain reaction) for eGFP revealed that all the organs analyzed (n=45) had m-RNA of eGFP. Liver specimens from 2 mice and BM stromal cells from another mouse showed the existence of eGFP, revealed by immunohistochemistry for eGFP. We could also observe eGFP fluorescence in the same liver specimen by confocal laser scanning microscope.

Conclusions. These data demonstrate that MSCs promote engraftment of UCB CD34+cells in BM, but exert no effect on engraftment of AML cells, and are capable of homing to the major organs including BM following systemic infusion in NOD/SCID mice.