Cartilage repair in temporomandibular joint osteoarthritis mediated by human umbilical cord stem cells stimulated with IFN- γ via immunomodulating activation of M2 macrophages

Abstract

Temporomandibular joint osteoarthritis (TMJOA)는 턱관절 골관절염으로 만성 염증과 관절 구조 손상을 특징으로 하는 턱관절(TMJ)의 퇴행적인 상태입니다. 현재 TMJOA 는 증상적인 치료만 가능합니다. 인간 제대조직유래 중간엽 줄기세포(hUC-MSCs)는 질병 부위에서의 면역 조절 효과를 통해 TMJOA 를 치료하는 잠재력이 있다고 알려져 있습니다. 게다가, 인간 제대조직유래 중간엽 줄기세포를 interferon-gamma 와 같은 염증성 사이토카인으로 자극함으로써, 줄기세포의 치료 효과를 향상시킬 수 있습니다. 마크로파지들이 TMJOA 의 진행 과정에서 다양한 분비 매개체를 통해 관절 염증을 조절하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 점점 더 많은 연구들이 증명하고 있습니다. 이 논문에서는 interferon-gamma 자극을 받은 hUC-MSCs 가 TMJOA 에 의한 연골 손상을 치료하고 질병 내에서 마크로파지의 역할을 평가하기 위한 연구를 하였습니다. in vitro 실험을 통해 interferon-gamma 자극을 받은 hUC-MSCs 가 마크로파지를 M2 극성으로 유도하여 항염증 분자를 발현하도록 한 것을 확인했습니다. 또한 interferon-gamma 자극을 받은 hUC-MSCs 의 in vitro 결과는 in vivo 실험에서도 확인되었습니다. TMJOA 랫드 모델에서 염증성 사이토카인 자극을 받은 hUC-MSCs 는 염증을 완화시키고 M2 타입 마크로파지의 수를 증가시켰습니다. 이러한 결과는 염증성 사이토카인 자극을 받은 hUC-MSCs 가 연골 재생을 촉진하며, 염증성 환경에서 연골 치료를 촉진하는 데 마크로파지가 중요한 역할을 한다는 점을 보여주었습니다. 결국, 염증성 사이토카인 자극을 받은 hUC-MSCs 가 TMJOA 의 효과적인 치료를 위한 선택지가 될 수 있으며, 마크로파지가 면역 조절에서 핵심적인 역할을 한다고 생각됩니다.|Temporomandibular joint osteoarthritis (TMJOA) is a degenerative condition of the temporomandibular joint (TMJ) characterized by chronic inflammation and damage to joint structures. Only symptomatic treatment is available for managing TMJOA. Human umbilical cord mesenchymal stem cells (hUC-MSCs) show potential for treating TMJOA via their immune modulating actions in the disease area. Additionally, stimulation of inflammatory cytokine such as interferon-gamma in hUC-MSCs improves the therapeutic activity of naïve stem cells. Increasing evidence suggests that macrophages play important roles in modulating joint inflammation via various secreted mediators in the pathogenesis of TMJOA. This study was conducted to evaluate the effects of inflammatory cytokine-stimulated hUC-MSCs in repairing TMJOA-induced cartilage lesions and the role of macrophages in the disease. Our in vitro data showed that stimulated hUC-MSCs induce M2 polarization of macrophages and activate macrophages to express anti-inflammatory molecules. The in vitro effects of stimulated hUC-MSCs were confirmed in vivo. In a rat model of TMJOA, stimulated hUC-MSCs ameliorated inflammation and increased M2 macrophages ratio. Our findings show that inflammatory cytokines-stimulated hUC-MSCs immunomodulate M2 activation of macrophages to skew the local OA microenvironment towards a pro-chondrogenic atmosphere and promote cartilage repair under inflammatory conditions. Inflammatory cytokine stimulated hUC-MSCs may be an effective treatment option for TMJOA, and macrophages play a key role in immune modulation.