Journal of Mazandaran University of Medical Sciences

fa کاربردهای وزیکول‌های خارج سلولی (EVs) مشتق از سلولهای بنیادی مزانشیمی (MSCs) در ترمیم ضایعات استئوآرتریت زانو Approaches of Mesenchymal Stem Cells Derived- Extracellular Vesicles in Knee Osteoarthritis Defects بيولوژي Biology مروری Review سابقه و هدف: بیماری دژنراتیو مفصل، به‌ویژه استئوآرتریت(OA)، یک بیماری جهانی است که با تخریب غضروف مفصلی و استخوان‌زیری مشخص می‌شود. براساس آمار حدود 250 میلیون نفر در جهان از نقص غضروف رنج می‌برند. تاکنون هیچ روش درمانی قطعی برای OA گزارش نشده است. سلول درمانی یکی از استراتژی‌های مناسب درمان ضایعات غضروفی است. با این حال، چالش‌های فعلی مانند نیاز به مقیاس زیاد سلول وجود دارد. به تازگی، رویکردهای بدون سلول ابزار جدیدتری برای درمان نقص غضروف هستند. به‌عنوان مثال، وزیکول‌های خارج سلولی(EVs) ترشح شده توسط سلول‌های مختلف، مسئول اثرات درمانی آن‌ها هستند. این EV به‌عنوان واسطه های درمانی مناسب، ابزار انتقال دارو یا نشانگرهای زیستی بیماری شناخته می‌شوند. بنابراین، به تازگی EVs به دلیل استحکام فیزیکوشیمیایی و زیست سازگاری بالا به‌عنوان ابزارهای قدرتمند درمان بدون سلول شناخته شده‌اند. مواد و روش‌ها: این مطالعه از نوع مروری است که خلاصه‌ای از مطالعات پیش بالینی و بالینی که از EV مشتق‌شده از منابع سلولی مختلف استفاده کرده‌اند، ارائه می‌دهد. در این مطالعات از حیوانات کوچک و بزرگ آزمایشگاهی با ایجاد ضایعه غضروفی تجربی در زانو استفاده شده است و اثربخشی EV در درمان این ضایعات را بررسی کردند. علاوه بر این در مطالعه حاضر، تکنیک‌های جداسازیEV که از چالش‌های کاربرد EV است، به‌طور خاص بررسی و معایب و مزایای آن‌ها بررسی شده است. هم‌چنین در این مطالعه نشان داده شد که EV جدا شده از هر سلول دارای ویژگی‌های منحصر به فردی مانند خواص ضد التهابی، تمایز و درمانی است. مطالعات اخیر پیش بالینی را که از EVs به‌عنوان یک حامل داروهایی مانند کوچک مولکول‌ها، microRNA ها و یا ریزفاکتورهای فعال زیستی استفاده کرده‌اند نیز در این مطالعه بررسی و نتایج آن‌ها به‌طور خلاصه ارائه شد. علاوه بر این، تکنیک‌های جداسازی EV و مشخصه‌یابی آن‌ها که از دیگر چالش‌های کاربرد EV است توضیح داده شد و چالش‌ها مورد بحث قرار گرفت. یافته‌ها: EVs به‌سرعت به‌عنوان رویکردهای درمانی جدید برای درمان ضایعات غضروفی و OA در حال پیشرفت هستند. با وجود تلاش‌های فراوان در سلول درمانی و نتایج امیدوارکننده گزارش‌شده در مدل‌های متعدد بیماری، استفاده از سلول‌ها به‌ویژه سلول‌های اصلاح‌شده ژنتیکی محدودیت‌هایی در پزشکی احیاکننده دارد. شایان ذکر است که استفاده از EV مشتق شده از MSCs یا سلول‌های تراریخته هیچ آسیبی برای بدن انسان ندارد. در نتیجه، EV درمانی به‌عنوان یک رویکرد درمانی جدید معرفی شده است که خطرات احتمالی مشابهی با سلول درمانی ندارد. مطالعات بررسی شده نشان داد که EV جدا شده از منابع مختلف در بسیاری موارد از پیشرفت OA جلوگیری می‌کنند. هم‌چنین نتایج برخی دیگر از مطالعات حاکی از توانایی EVs در ترمیم غضروف آسیب دیده است. بسیاری از مطالعات نشان دادند که در ضایعات با اندازه بحرانی غضروف، استفاده از EVs نیاز به داربست دارد. چندین مطالعه نشان دادند که زمان انتشار EV و دوز مورد نیاز EV براساس اندازه ضایعه در ترمیم و بازسازی غضروف مفصلی نقش موثری دارد. استنتاج: با وجود نتایج امیدوارکننده استفاده از EV در مطالعات مذکور، به نظر می‌رسد که چالش‌های EV درمانی نیاز به ارزیابی بیشتری دارد. به عنوان مثال، بازسازی یک ضایعه با سایز بحرانی نیاز به استفاده از داربست‌های مناسب در شرایط دینامیک برای حمل EV دارد. بنابراین، سؤالات اساسی که باید در نظر گرفته شوند عبارتند از: چگونه می‌توان از EVs به عنوان یک نانوذره به جای سلول‌های بنیادی در ترکیب با روش‌های مهندسی بافت استفاده کرد؟ خواص بیولوژیکی EV چیست؟ چه دوزی از EV برای اندازه‌های مختلف ضایعات غضروفی نیاز است و چگونه EVs در ضایعات پایدار هستند؟ در نهایت نقش EVs در هموستاز و پاتوژنز اتصالات چیست؟   Background and purpose: Degenerative joint disease, especially osteoarthritis (OA), is a global disease characterized by the destruction of articular cartilage, and subchondral bone. It is estimated that about 250 million people currently suffer from cartilage defects. So far, no definite and standard treatment method for OA has been reported. Recently, cell-based therapeutic techniques have been considered one of the best therapeutic strategies for the long-term treatment of articular cartilage diseases. However, many challenges include the large scale of cells required, thus the cell-free approaches are novel tools for cartilage defect treatment. For instance, extracellular vesicles (EVs) secreted by various cells such as MSCs are in charge of the therapeutic effects of stem cells. Therefore, recently EVs have advanced as powerful cell-free transfer tools, due to their high physicochemical strength and biocompatibility. Materials and methods: This study is a review study that summarizes the preclinical and clinical studies that used EV-derived from different cell sources and investigates their effectiveness in treating cartilaginous tissue lesions. Current studies used small or large animal models with experimental critical size defects in knee articular cartilage to examine the effectiveness of EVs derived from MSCs. The EVs were isolated from cell sources such as adipose-derived MSCs, Bone marrow-derived MSCs, or transgenic cells. In addition, EV isolation techniques as a main challenge in studies using EVs to treat OA, specifically described in the current study. We also showed EVs isolated from each cell have unique features such as anti-inflammatory, differentiation, and therapeutic properties. We explain recent studies that use EVs as a drug carrier such as small molecules, and microRNA bioactive factors. In addition, the isolation techniques of EVs and their characterization are other challenges that we explain. Results: Recent studies have shown that EVs isolated from different sources inhibit the progression of OA. Also, the results of some studies indicate the ability of EVs to repair injured cartilage. Many studies showed that in critical size defects of cartilage, the use of EVs needs scaffolds. Several studies have investigated the challenges of EV release and the required EV dose based on the size of the lesion. EVs are rapidly emerging as novel therapeutic approaches for treating cartilage lesions and OA. Despite many advances in cell therapy and promising results reported in numerous disease models, the use of cells especially genetically modified cells has limitations in regenerative medicine. It is worth noting that the use of EVs derived from stem cells or transgenic cells has no harm to the human body. As a result, therapeutic EVs have been introduced as a new therapeutic approach that does not have the same potential risks as cells. Conclusion: Despite the positive results of EV in the treatment of cartilaginous lesions, it appears that the EV therapeutic barrier requires further testing in larger animal models before clinical trials. For instance, the regeneration of critical-size lesions requires the use of EVs incorporated by suitable scaffolds under dynamic conditions. Therefore, the fundamental questions to be considered are: How to use EVs as a nanoparticle instead of stem cells in combination with tissue engineering methods? What are the biological properties of EVs? What doses of EVs have the mechanistic potential for the treatment of different sizes of cartilage lesions and how EVs are stable in lesions? What is the role of EVs in the homeostasis and pathogenesis of junctions?   استئوآرتریت, وزیکول های خارج سلولی, سلول های بنیادی مزانشیمی, ترمیم Osteoarthritis, Extracellular Vesicles (EVs), Mesenchymal Stem Cells (MSCs), Regeneration 160 178 http://jmums.mazums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-17188-1&slc_lang=fa&sid=1 Maryan Talebi Jouybari مریم طالبی جویباری maryamtalebi989@gmail.com 1003194753284600166033 1003194753284600166033 No Department of Stem Cells and Developmental Biology, Cell Science Research Center, Royan Institute for Stem Cell Biology and Technology, ACECR, Tehran, Iran and PhD Student in Developmental, Department of Developmental Biology, University of Science and Culture, Tehran, Iran استادیار، پژوهشگاه رویان، پژوهشکده زیست شناسی و فناوری سلول های بنیادی جهاددانشگاهی، مرکز تحقیقیات علوم سلولی، گروه سلولهای بنیادی و زیست شناسی تکوینی، تهران، ایران و دانشجوی دکترای تکوینی، گروه بیولوژی تکوینی، دانشگاه علم و فرهنگ، تهران ایران Leila Taghiyar لیلا تقی یار leilataghiyar@royaninstitute.org 1003194753284600166032 1003194753284600166032 Yes Department of Stem Cells and Developmental Biology, Cell Science Research Center, Royan Institute for Stem Cell Biology and Technology, ACECR, Tehran, Iran استادیار، پژوهشگاه رویان، پژوهشکده زیست شناسی و فناوری سلول های بنیادی جهاددانشگاهی، مرکز تحقیقیات علوم سلولی، گروه سلولهای بنیادی و زیست شناسی تکوینی، تهران، ایران