Impatto della dimensione degli sferoidi sulla senescenza cellulare e sul potenziale angiogenico dei fattori solubili e delle vescicole extracellulari derivate da cellule mesenchimali stromali

Abstract

I fattori solubili e le vescicole extracellulari (EVs) derivati dalle cellule stromali mesenchimali (MSC) sono tools di estremo interesse per il possibile trattamento dei disturbi legati all'angiogenesi. Tuttavia, l'uso di MSC adulte presenta alcune limitazioni: la rapida generazione di cellule senescenti durante i passaggi in coltura, che porta alla perdita delle caratteristiche di multipotenza in vitro e a un ridotto potenziale angiogenico rispetto alle MSC derivate da tessuti peri-natali. I metodi di coltura 3D sono utilizzati per imitare più fedelmente le condizioni in vivo e mantenere le MSC in coltura per periodi più lunghi. In questo studio sono stati utilizzati sferoidi di grandi (3000 cellule, ~ 300 μm di diametro) e piccole dimensioni (1000 cellule, ~ 200 μm di diametro) per esaminare il ruolo del diametro degli sferoidi sulla generazione di gradienti di nutrienti e ossigeno, sulla senescenza cellulare e sul potenziale angiogenico delle MSC derivate dal midollo osseo (BMSCs). In questo studio abbiamo dimostrato che gli sferoidi di grandi dimensioni mostrano un aumento della senescenza e un secretoma arricchito in citochine pro-infiammatorie, pro-angiogeniche ma anche anti-angiogeniche, mentre gli sferoidi di piccole dimensioni hanno mostrato una diminuzione della senescenza e un secretoma arricchito in molecole pro-angiogeniche. Abbiamo anche dimostrato che la coltura 3D ha portato a una maggiore secrezione di EVs con caratteristiche fenotipiche classiche. Inoltre, i fattori solubili e le EVs provenienti da sferoidi di piccole dimensioni mostrano un potenziale angiogenico più elevato in un test angiogenico sulle HUVECs, rispetto alle altre condizioni. Questi risultati evidenziano la necessità di scegliere il sistema di coltura appropriato per l'ottenimento di fattori solubili ed EVs per applicazioni terapeutiche specifiche.

Mesenchymal stromal cells (MSCs)-derived soluble factors and extracellular vesicles (EVs) are extremely interesting tools for the possible treatment of angiogenesis-related disorders. However, the use of adult MSCs poses some limitations: the rapid onset of cellular senescence during culture passages, leading to the loss of multipotency characteristics in vitro and a reduced angiogenic potential compared to peri-natal tissue-derived MSCs. 3D culture methods are used to better mimic in vivo conditions and maintain MSCs for longer periods in culture. In this study Large spheroids (3000 cells, ~ 300 μm diameter) and Small spheroids (1000 cells, ~ 200 μm diameter) were used to examine the role of spheroid diameter on the generation of nutrients and oxygen gradients, cellular senescence, and angiogenic potential of bone marrow derived MSCs (BMSCs). In this study we demonstrate that Large spheroids showed increased senescence and a secretome enriched in pro-inflammatory, pro-angiogenic but also anti-angiogenic cytokines, while Small spheroids exhibited decreased senescence and a secretome enriched in pro-angiogenic molecules. We also demonstrate that 3D culture led to a higher secretion of EVs with classical phenotypic characteristics. Moreover, soluble factors and EVs from Small spheroids exhibit higher angiogenic potential in a HUVECs angiogenic assay, respect to the other conditions. These findings highlight the necessity to choose the appropriate culture system for the obtainment of soluble factors and EVs for specific therapeutic applications.