Adipose-derived mesenchymal stem cells: neuronal differentiation potential and neuroprotective action.

Le cellule mesenchimali staminali adulte derivate dal tessuto adipose (Adipose Stem Cell, ASC) rappresentano, nell’ambito della terapia cellulare, un’alternativa valida agli altri tipi di cellule staminali (Stem Cell, SC) poichè si possono ottenere in ampia quantità dal tessuto adipose, possono esser facilmente coltivate in laboratorio ed espanse. Abbiamo investigato in vitro il potenziale differenziativo delle ASC in senso neuronale usando due tipi di approcci: un trattamento chimico ed un protocollo prolungato in 2 fasi, che include la formazione di sfere e il sequenziale trattamento BDNF (brain-derived neurotrophic factor) e acido retinoico (retinoic acid, RA). Dopo 30 giorni, circa il 57% di ASC mostra caratteristiche morfologiche, fenotipiche ed elettrofisiologiche suggestive di una precoce differenziazione neuronale. Infatti, le ASC assumono una forma allungata, con 2-3 processi citoplasmatici, esprimono selettivamente nestina e le molecule neuronali, fra cui il recettore di GABA-A e tirosina idrossilasi, in assenza di markers gliali. Le cellule differenziate esibiscono un potenziale di membrana negativo (−60 mV), correnti di potassio rettificanti ritardate e correnti TTX sensibili, elementi tipici della cellula neuronale; tuttavia non son in grado di generare un potenziale d’azione. Considerando la bassa efficienza del trattamento e la incompleta differenziazione neuronale, abbiamo quindi valutato se le ASC esercitino una funzione neuro-protettiva. Usando il modello di neuroblastoma esposto a H2O2 in vitro, dimostriamo che le ASC aumentano la vitalità cellulare (confrontate con i fibroblasti) e proteggono dall’apoptosi. Un possibile meccanismo coinvolto potrebbe esser la secrezione di BDNF, come riportato per le SC mesenchimali (Mesenchymal SC, MSC) derivate da midollo osseo; infatti il medium condizionato di ASC contiene alti livelli di BDNF. Oltre a esibire neuro-protezione, fattori solubili secreti da ASC promuovono la crescita del neurite, un meccanismo aggiuntivo che può favorire la neurorigenerazione. Alla luce di questi dati e dell’azione immunosoppressiva delle ASC recentemente da noi dimostrato (Constantin et al, 2009), le ASC possono essere una utile sorgente di MSC per il trattamento delle malattie neurodegenerative.

Adult mesenchymal stem cells derived from adipose tissue (ASC) offer significant practical advantages over other types of stem cells (SC) for potential clinical applications, since they can be obtained from adult adipose tissue in large amounts, can be easily cultured and expanded with a very low risk for development of malignancies. We investigated in vitro the neuronal differentiation potential of human ASC with a chemical protocol and a prolonged two-step protocol, which included sphere formation and sequential culture in brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and retinoic acid (RA). After 30 days, about 57% ASC show morphological, immunocytochemical and electrophysiological evidence of initial neuronal differentiation. In fact, ASC display elongated shape with protrusion of two or three cellular processes, selectively express nestin and neuronal molecules (including GABA-A receptor and tyroxine hydroxilase) in the absence of glial phenotypic markers. Differentiated cells show negative membrane potential (−60 mV), delayed rectifier potassium currents and TTX-sensitive sodium currents, but they are unable to generate action potential. Considering the low efficacy and the not-fully mature neuronal differentiation, we evaluated if ASC display a neuroprotective effect. Using the H2O2-stressed neuroblastoma model in vitro, we show that ASC increase cell availability (compared to fibroblasts) and protect against apoptosis. A possible mechanism involved could be the secretion of BDNF, as reported for human BM-MSC: in this regard, we indeed find high levels of BDNF in ASCcondition medium. In addition to exert neuroprotection, soluble factors secreted by ASC promote neurite outgrowth, an additional mechanism that may favor neuroregeneration. In view of these results and their immunosuppressive action (Constantin et al, 2009), ASC may be a ready source of adult MSC to treat neurodegenerative diseases.