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Enhanced osteoblastic differentiation and bone formation in co-culture of human bone marrow mesenchymal stromal cells and peripheral blood mononuclear cells with exogenous VEGF - 06/05/15

Doi : 10.1016/j.otsr.2015.01.014 
K. Joensuu a, , L. Uusitalo a, J.J. Alm b, H.T. Aro b, T.A. Hentunen a, T.J. Heino a, b
a Department of Cell Biology and Anatomy, Kiinamyllynkatu 10 C3, 20520 Turku, Finland 
b Orthopedic Research Unit, Department of Orthopedic Surgery and Traumatology, University of Turku, Turku, Finland 

Corresponding author. Tel.: +358443371988; fax: +358 2 231 0320.

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Abstract

Background

Despite recent advances in bone tissue engineering, efficient bone formation and vascularization remains a challenge for clinical applications.

Hypothesis

The aim of this study was to investigate if the osteoblastic differentiation of human mesenchymal stromal cells (MSCs) can be enhanced by co-culturing them with peripheral blood (PB) mononuclear cells (MNCs), with and without vascular endothelial growth factor (VEGF), a coupling factor of bone formation and angiogenesis.

Materials and methods

Human bone marrow (BM) derived MSCs were co-cultured with PB-MNCs in osteogenic medium with or without VEGF. Osteoblastic differentiation and mineral deposition were studied by staining for alkaline phosphatase (ALP), and von Kossa, respectively, and measurements for ALP activity and calcium concentration (Ca). Cell proliferation was assayed with Alamar blue. The mechanism(s) were further studied by Transwell® cell culture experiments.

Results

Both ALP and mineralization (von Kossa and Ca) were significantly higher in the MSC-MNC co-cultures compared to plain MSC cultures. VEGF alone had no effect on osteoblastic differentiation of MSCs, but further enhanced differentiation in co-culture settings. The mechanism was shown to require cell-cell contact between MSCs and MNCs and the factors contributing to further differentiation appear to be soluble. No differences were observed in cell proliferation.

Conclusion

Our study demonstrates that the in vitro ALP activity and mineralization of human BM-MSCs is more efficient in the presence of PB-MNCs, and exogenously added VEGF further enhances the stimulatory effect. This indicates that PB-MNCs could be a potential cell source in development of co-culture systems for novel tissue engineering applications for enhanced bone healing.

Level of evidence

Level IV. Experimental research study.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Mesenchymal stromal cells, Mononuclear cells, Osteoblastic differentiation, Tissue engineering, Vascular endothelial growth factor


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Vol 101 - N° 3

P. 381-386 - mai 2015 Retour au numéro
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