Background: Tissue engineering of low urinary tract organs requires biopsy of urinary bladder material. The current study describes non-invasive approach of obtaining autologous stem cells from urine of healthy adults. These cells were studied for potential to differentiate into epithelial cells and smooth muscle cells of the urinary bladder.
Aims: To describe properties of urine-derived stem cells (USCs) and investigate their differentiation potential for tissue engineering of low urinary tract organs.
Materials and Methods: USCs were isolated from urine of healthy volunteers with centrifugation and seeded in media to 24-well plates. Expression of stem cells markers (CD73, CD90, CD105, CD34, CD45, CD29, CD44, CD54, SSEA4) by USCs was assessed with flow cytometry. Expression of specific markers of smooth muscle cells and urothelial cells was assessed with fluorescence microscopy with following computational image analysis.
Results: Median number of USCs per 100 ml urine was 6. Doubling time for USC was 1.44±0.528 days (n=4) and there were 26.3±4.79 population doublings for USC cultures (n=4). Median expression of markers of postnatal stem cells was CD73 ― 79.8%, CD90 ― 56.6%, CD105 ― 40.7%, CD34 <1.0%, CD45 <2.0%, CD29 >99.0%, CD44 >99.0%, CD54 ― 97.7% and SSEA4 >99.0%. Treatment of cells with high concentration of EGF in media with low concentration of FBS for 10 days increased cytokeratin (CK) expression to 24.9% for CK AE1/AE3 and to 7.6% for CK 7. Treatment of USCs with media inducing smooth muscle differentiation for 10 days increased expression of α-smooth muscle actin to 79.6% and expression of calponin to 97.6%.
Conclusions: USCs are cells that can be found in urine in small quantities. They have high proliferative potential and express markers of postnatal stem cells. Under effect of PDGF-BB and TGF- β1 they differentiate into smooth muscle cells.
Обоснование. Тканевая инженерия органов мочевой системы требует забора аутологичного биопсийного материала мочевого пузыря. В данном исследовании описан неинвазивный метод получения стволовых клеток из мочи и произведено исследование потенциала дифференцировки полученных стволовых клеток в клетки органов нижних мочевых путей ― клетки уротелия и гладкомышечные клетки.
Цель исследования ― описать свойства стволовых клеток, получаемых из мочи (СКМ), и исследовать потенциал дифференцировки СКМ в клетки уротелия и гладкомышечные клетки в культуре.
Методы. Выделение СКМ производилось у здоровых добровольцев отмыванием клеток от мочи с помощью центрифугирования и посадкой в культуральной среде на 24-луночные планшеты. Экспрессия СКМ маркеров постнатальных стволовых клеток (CD73, CD90, CD105, CD34, CD45, CD29, CD44, CD54, SSEA4) оценивалась с помощью проточной цитометрии. Экспрессия маркеров уротелия и гладкомышечных клеток оценивалась посредством флуоресцентной микроскопии с дальнейшим компьютерным анализом изображений.
Результаты. Медиана количества СКМ в моче составила 6 клеток на 100 мл. Время удвоения популяции для культур СКМ ― 1,44±0,528 сут (n=4). Количество удвоений популяции до вырождения культуры ― 26,3±4,79 (n=4). Медиана экспрессии СКМ второго пассажа маркеров стволовых клеток: CD73 ― 79,8%, CD90 ― 56,6%, CD105 ― 40,7%, CD34 <1,0%, CD45 <2,0%, CD29 >99,0%, CD44 >99,0%, CD54 ― 97,7%, SSEA4 >99,0%. После уротелиальной дифференцировки экспрессия цитокератинов (CK) увеличилась на 24,9% для CK AE1/AE3 и на 7,6% для CK 7. После гладкомышечной дифференцировки экспрессия маркеров гладкомышечных клеток увеличилась на 79,6% для αSMA и на 97,6% для кальпонина.
Заключение. СКМ ― клетки, которые обнаружены в моче в малых количествах, имеют высокий пролиферативный потенциал и экспрессируют маркеры постнатальных стволовых клеток. Под воздействием факторов роста PDGF-BB и TGF-β1 СКМ способны к дифференцировке в гладкомышечные клетки в культуре.