journal article·2018-12-05

Bioactive Nanofibers Induce Neural Transdifferentiation of Human Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells

Wei Ji, Zaida Álvarez, Alexandra N. Edelbrock, Kohei Sato, Samuel I. Stupp

ACS Applied Materials & Interfaces· Volume 10· Issue 48
Publisher page

Abstract

The combination of biomaterials with stem cells is a promising therapeutic strategy to repair traumatic injuries in the central nervous system, and human bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) offer a clinically translatable option among other possible sources of stem cells. We report here on the use of a supramolecular bioactive material based on a peptide amphiphile (PA), displaying a laminin-mimetic IKVAV sequence to drive neural transdifferentiation of human BMSCs. The IKVAV-PA self-assembles into supramolecular nanofibers that induce neuroectodermal lineage commitment after 1 week, as evidenced by the upregulation of the neural progenitor gene nestin ( NES) and glial fibrillary acidic protein ( GFAP). After 2 weeks, the bioactive IKVAV-PA nanofibers induce significantly higher expression of neuronal markers β-III tubulin (TUJ-1), microtubule-associated protein-2 (MAP-2), and neuronal nuclei (NEUN), as well as the extracellular matrix laminin (LMN). Furthermore, the human BMSCs exposed to the biomaterial reveal a polarized cytoskeletal architecture and a decrease in cellular size, resembling neuron-like cells. We conclude that the investigated supramolecular biomaterial opens the opportunity to transdifferentiate adult human BMSCs into neuronal lineage.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Electrospun Nanofibers in Biomedical Applications · Mesenchymal stem cell research · Tissue Engineering and Regenerative Medicine

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Skeletal Biology and Engineering Research Center, Department of Development and Regeneration, KU Leuven, Leuven 3000, Belgium

Funding

Ag?ncia de Gesti? d?Ajuts Universitaris i de Recerca · Fonds Wetenschappelijk Onderzoek · Paralyzed Veterans of America Research Foundation · Center for Regenerative Nanomedicine, Simpson Querrey Institute, Northwestern University

References (86)

Show source-provided references
1. NSCIS C. · 2014
2. 10.1038/nrd.2017.18310.1038/nrd.2017.183 ↗
3. 10.1038/nrn196410.1038/nrn1964 ↗
4. 10.1038/s41586-018-0068-410.1038/s41586-018-0068-4 ↗
5. 10.1038/nrn195710.1038/nrn1957 ↗
6. 10.1172/jci6412410.1172/jci64124 ↗
7. 10.1016/s0140-6736(13)61810-310.1016/s0140-6736(13)61810-3 ↗
8. 10.1016/j.stem.2018.05.01410.1016/j.stem.2018.05.014 ↗
9. 10.1038/nm.453110.1038/nm.4531 ↗
10. 10.1038/nrendo.2014.23410.1038/nrendo.2014.234 ↗
11. 10.1016/j.stem.2018.05.00410.1016/j.stem.2018.05.004 ↗
12. 10.1016/j.stem.2015.06.00710.1016/j.stem.2015.06.007 ↗
13. 10.1038/nri239510.1038/nri2395 ↗
14. 10.1038/nm.302810.1038/nm.3028 ↗
15. 10.1146/annurev-cellbio-100913-01313210.1146/annurev-cellbio-100913-013132 ↗
16. 10.1126/science.284.5411.14310.1126/science.284.5411.143 ↗
17. 10.1038/nature0087010.1038/nature00870 ↗
18. 10.1186/1471-2202-10-1610.1186/1471-2202-10-16 ↗
19. 10.1634/stemcells.2005-063610.1634/stemcells.2005-0636 ↗
20. 10.1002/1097-4547(20000815)61:4<364::aid-jnr2>3.0.co;2-c10.1002/1097-4547(20000815)61:4<364::aid-jnr2>3.0.co;2-c ↗
21. 10.2174/15748881179549548610.2174/157488811795495486 ↗
22. 10.1016/j.neuint.2011.06.00810.1016/j.neuint.2011.06.008 ↗
23. 10.1006/exnr.2000.738910.1006/exnr.2000.7389 ↗
24. 10.1046/j.1432-0436.2001.680411.x10.1046/j.1432-0436.2001.680411.x ↗
25. 10.1002/jnr.2014810.1002/jnr.20148 ↗
26. 10.1111/j.1600-0463.2005.apm_3061.x10.1111/j.1600-0463.2005.apm_3061.x ↗
27. 10.1002/1097-4547(20000815)61:4<364::aid-jnr2>3.0.co;2-c10.1002/1097-4547(20000815)61:4<364::aid-jnr2>3.0.co;2-c ↗
28. 10.1146/annurev-biophys-042910-15530610.1146/annurev-biophys-042910-155306 ↗
29. 10.1186/s13287-018-0789-110.1186/s13287-018-0789-1 ↗
30. 10.1038/s41578-018-0023-x10.1038/s41578-018-0023-x ↗
31. 10.4103/1673-5374.21524910.4103/1673-5374.215249 ↗
32. 10.1016/j.mattod.2014.05.01110.1016/j.mattod.2014.05.011 ↗
33. 10.1038/s41467-017-00583-810.1038/s41467-017-00583-8 ↗
34. 10.1016/j.stem.2015.12.00410.1016/j.stem.2015.12.004 ↗
35. 10.1101/cshperspect.a00510810.1101/cshperspect.a005108 ↗
36. Vecino E. · 2016
37. 10.1002/glia.2283910.1002/glia.22839 ↗
38. 10.1101/cshperspect.a00510810.1101/cshperspect.a005108 ↗
39. 10.1186/1471-213x-10-510.1186/1471-213x-10-5 ↗
40. Willis C. M. · 2016
41. 10.1126/science.109378310.1126/science.1093783 ↗
42. 10.1371/journal.pone.010433510.1371/journal.pone.0104335 ↗
43. 10.1016/j.biomaterials.2014.06.04910.1016/j.biomaterials.2014.06.049 ↗
44. 10.1016/j.biomaterials.2013.09.07710.1016/j.biomaterials.2013.09.077 ↗
45. 10.1016/j.biomaterials.2011.09.09310.1016/j.biomaterials.2011.09.093 ↗
46. 10.1002/jnr.2247210.1002/jnr.22472 ↗
47. 10.1523/jneurosci.0143-08.200810.1523/jneurosci.0143-08.2008 ↗
48. 10.1016/j.stemcr.2017.09.00210.1016/j.stemcr.2017.09.002 ↗
49. 10.1021/nl048238z10.1021/nl048238z ↗
50. 10.1126/science.106318710.1126/science.1063187 ↗
51. 10.1039/b614426h10.1039/b614426h ↗
52. 10.1039/c7cs00735c10.1039/c7cs00735c ↗
53. 10.1002/anie.20110020210.1002/anie.201100202 ↗
54. 10.1016/s0014-5793(02)03393-810.1016/s0014-5793(02)03393-8 ↗
55. 10.1016/j.actbio.2016.04.01010.1016/j.actbio.2016.04.010 ↗
56. 10.1038/natrevmats.2016.6310.1038/natrevmats.2016.63 ↗
57. 10.1126/science.276.5309.7110.1126/science.276.5309.71 ↗
58. 10.1016/j.diff.2012.08.00410.1016/j.diff.2012.08.004 ↗
59. 10.1016/j.stem.2014.01.01310.1016/j.stem.2014.01.013 ↗
60. 10.1002/stem.198210.1002/stem.1982 ↗
61. 10.1186/ar211610.1186/ar2116 ↗
62. 10.1371/journal.pone.013725510.1371/journal.pone.0137255 ↗
63. 10.1089/scd.2010.004010.1089/scd.2010.0040 ↗
64. 10.1002/sctm.17-012910.1002/sctm.17-0129 ↗
65. 10.1242/jcs.0036910.1242/jcs.00369 ↗
66. 10.1016/j.stem.2008.03.00510.1016/j.stem.2008.03.005 ↗
67. 10.1016/j.biomaterials.2014.02.05110.1016/j.biomaterials.2014.02.051 ↗
68. 10.1097/00001756-200207020-0002310.1097/00001756-200207020-00023 ↗
69. 10.1016/j.biomaterials.2003.08.01310.1016/j.biomaterials.2003.08.013 ↗
70. 10.1089/neu.2011.192310.1089/neu.2011.1923 ↗
71. 10.1002/cne.2228210.1002/cne.22282 ↗
72. 10.1016/j.actbio.2016.06.03710.1016/j.actbio.2016.06.037 ↗
73. 10.1016/j.ydbio.2014.01.02410.1016/j.ydbio.2014.01.024 ↗
74. 10.1016/j.bbrc.2009.10.15810.1016/j.bbrc.2009.10.158 ↗
75. 10.1016/j.febslet.2011.04.07210.1016/j.febslet.2011.04.072 ↗
76. 10.1002/jbm.a.3522110.1002/jbm.a.35221 ↗
77. 10.1186/s12964-015-0124-810.1186/s12964-015-0124-8 ↗
78. 10.1016/b978-0-444-63486-3.00001-310.1016/b978-0-444-63486-3.00001-3 ↗
79. 10.1242/jcs.02382010.1242/jcs.023820 ↗
80. 10.1016/j.addr.2003.08.00210.1016/j.addr.2003.08.002 ↗
81. 10.1242/dev.08905210.1242/dev.089052 ↗
82. 10.1097/mat.0b013e31802deb2d10.1097/mat.0b013e31802deb2d ↗
83. 10.1073/pnas.090959710710.1073/pnas.0909597107 ↗
84. 10.3389/fbioe.2016.0004110.3389/fbioe.2016.00041 ↗
85. 10.1016/j.yexcr.2007.02.03110.1016/j.yexcr.2007.02.031 ↗
86. 10.1038/srep0355210.1038/srep03552 ↗