A Tissue-Engineered Microvascular System to Evaluate Vascular Progenitor Cells for Angiogenic Therapies

The ability of tissue engineered constructs to replace diseased or damaged organs is limited without the incorporation of a functional vascular system. To design microvasculature that recapitulates the vascular niche functions for each tissue in the body, we investigated the following hypotheses: (1) cocultures of human umbilical cord blood-derived endothelial progenitor cells (hCB-EPCs) with mural cells can produce the microenvironmental cues necessary to support physiological microvessel formation in vitro; (2) poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogel systems can support 3D microvessel formation by hCB-EPCs in coculture with mural cells; (3) mesenchymal cells, derived from either umbilical cord blood (MPCs) or bone marrow (MSCs), can serve as mural cells upon coculture with hCB-EPCs. Coculture ratios between 0.2 (16,000 cells/cm2) and 0.6 (48,000 cells/cm2) of hCB-EPCs plated upon 3.3 µg/ml of fibronectin-coated tissue culture plastic with (80,000 cells/cm2) of human aortic smooth muscle cells (SMCs), results in robust microvessel structures observable for several weeks in vitro. Endothelial basal media (EBM-2, Lonza) with 9% v/v fetal bovine serum (FBS) could support viability of both hCB-EPCs and SMCs. Coculture spatial arrangement of hCB-EPCs and SMCs significantly affected network formation with mixed systems showing greater connectivity and increased solution levels of angiogenic cytokines than lamellar systems. We extended this model into a 3D system by encapsulation of a 1 to 1 ratio of hCB-EPC and SMCs (30,000 cells/µl) within hydrogels of PEG-conjugated RGDS adhesive peptide (3.5 mM) and PEG-conjugated protease sensitive peptide (6 mM). Robust hCB-EPC microvessels formed within the gel with invasion up to 150 µm depths and parameters of total tubule length (12 mm/mm2), branch points (127/mm2), and average tubule thickness (27 µm). 3D hCB-EPC microvessels showed quiescence of hCB-EPCs (<1% proliferating cells), lumen formation, expression of EC proteins connexin 32 and VE-cadherin, eNOS, basement membrane formation by collagen IV and laminin, and perivascular investment of PDGFR-β+/α-SMA+ cells. MPCs present in <15% of isolations displayed >98% expression for mural markers PDGFR-β, α-SMA, NG2 and supported hCB-EPC by day 14 of coculture with total tubule lengths near 12 mm/mm2. hCB-EPCs cocultured with MSCs underwent cell loss by day 10 with a 4-fold reduction in CD31/PECAM+ cells, in comparison to controls of hCB-EPCs in SMC coculture. Changing the coculture media to endothelial growth media (EBM-2 + 2% v/v FBS + EGM-2 supplement containing VEGF, FGF-2, EGF, hydrocortisone, IGF-1, ascorbic acid, and heparin), promoted stable hCB-EPC network formation in MSC cocultures over 2 weeks in vitro, with total segment length per image area of 9 mm/mm2. Taken together, these findings demonstrate a tissue engineered system that can be utilized to evaluate vascular progenitor cells for angiogenic therapies.

Thrombopoietin, flt3-ligand and c-kit-ligand modulate HOX gene expression in expanding cord blood CD133(+) cells

Haemopoietic stem/progenitor cell (HSPC) development is regulated by extrinsic and intrinsic stimuli. Extrinsic modulators include growth factors and cell adhesion molecules, whereas intrinsic regulation is achieved with many transcription factor families, of which the HOX gene products are known to be important in haemopoiesis. Umbilical cord blood CD133(+) HSPC proliferation potential was tested in liquid culture with 'TPOFLK' (thrombopoietin, flt-3 ligand and c-kit ligand, promoting HSPC survival and self-renewal), in comparison to 'K36EG' (c-kit-ligand, interleukins-3 and -6, erythropoietin and granulocyte colony-stimulating factor, inducing haemopoietic differentiation). TPOFLK induced a higher CD133(+) HSPC proliferation (up to 60-fold more, at week 8) and maintained a higher frequency of the primitive colony-forming cells than K36EG. Quantitative polymerase chain reaction analysis revealed opposite expression patterns for specific HOX genes in expanding cord blood CD133(+) HSPC. After 8 weeks in liquid culture, TPOFLK increased the expression of HOX B3, B4 and A9 (associated with uncommitted HSPC) and reduced the expression of HOX B8 and A10 (expressed in committed myeloid cells) when compared to K36EG. These results suggest that TPOFLK induces CD133(+) HSPC proliferation, self-renewal and maintenance, up-regulation of HOX B3, B4 and A9 and down-regulation of HOX B8 and A10 gene expression.

Cord blood erythropoietin, pH, PaO2 and haematocrit following caesarean section before labour

We have investigated the relationship between erythropoietin (Epo) and pH, PaO2 and haematocrit in 100 cord blood samples obtained at Caesarean section prior to labour. Of 82 term (> 37 weeks) infants, 64 were appropriately grown (10th-90th centiles), and their mean cord serum Epo and cord blood Epo was 23 +/- 8 mU/ml (mean +/- SD). Strong inverse correlations were found between cord serum Epo and cord blood pH (r = -0.74; p <0.0001), and between cord serum Epo and cord blood PaO2 (r = -0.55; p <0.0001), but not between cord serum Epo and cord haematocrit (r = 0.02; p <0.9). For the 18 preterm babies (gestation 32.4 +/- 4.1 weeks, birth weight 1,820 +/- 476 g), the Epo level was 36 +/- 8 mU/ml, which was not significantly greater than for the term babies. Strong inverse correlations were again found between Epo and pH (r = -0.87; p <0.0001) and Epo and PaO2 (r = -0.69; p <0.002). Babies from complicated pregnancies (intra-uterine growth retardation, pre-eclampsia, antepartum haemorrhage, diabetes mellitus and fetal distress) tended to have higher Epo levels. Thirteen babies had Epo levels > 40 mU/ml, and 11 (85%) of these required neonatal intensive care. Cord serum Epo correlates better with oxygen tension and pH at birth than with fetal growth and haematocrit, which are measures of chronic stress to the fetus.

Técnica in útero vs ex útero para recolección de sangre de cordón umbilical como fuente de células madres

La técnica de recolección es el primer paso para obtener una muestra de sangre de cordón umbilical de óptima calidad. Dicho proceso es esencial en los eventos que conducen al éxito del trasplante de células madre. Aunque no existe consenso internacional sobre el procedimiento de recolección, dos técnicas son las principales: la técnica in utero y la técnica ex utero. La técnica in utero aporta ventajas en cuanto al volumen sanguíneo y conteo celular. El parto por cesárea, si se realiza por razones obstétricas es benéfico para la recolección con técnica in utero. Es necesaria la realización de estudios que permitan mayor nivel de evidencia.

Feasibility of trialling cord blood stem cell treatments for cerebral palsy in Australia

Umbilical cord blood may have therapeutic benefit in children with cerebral palsy (CP), but further studies are required. On first appearance it seems that Australia is well placed for such a trial because we have excellence in CP research backed by extensive CP registers, and both public and private cord blood banks. We aimed to examine the possibilities of conducting a trial of autologous umbilical cord blood cells (UCBCs) as a treatment for children with CP in Australia.

Expansion of human hematopoietic stem/progenitor cells on decellularized matrix scaffolds

Umbilical cord blood (UCB) is one of the richest sources for hematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs), with more than 3000 transplantations performed each year for the treatment of leukemia and other bone marrow, immunological, and hereditary diseases. However, transplantation of single cord blood units is mostly restricted to children, due to the limited number of HSPC per unit. This unit develops a method to increase the number of HSPCs in laboratory conditions by using cell-free matrices from bone marrow cells that mimic 'human-body niche-like' conditions as biological scaffolds to support the ex vivo expansion of HSPCs. In this unit, we describe protocols for the isolation and characterization of HSPCs from UCB and their serum-free expansion on decellularized matrices. This method may also help to provide understanding of the biochemical organization of hematopoietic niches and lead to suggestions regarding the design of tissue engineering-based biomimetic scaffolds for HSPC expansion for clinical applications.

Quantificação de subpopulações linfocitárias no sangue do cordão umbilical de eqüinos

Este estudo visou a determinar os valores eritroleucométricos e quantificar as subpopulações linfocitárias no sangue do cordão umbilical (SCU) e no sangue jugular de eqüinos neonatos. Foi realizada a colheita de SCU e do sangue jugular de 20 potros ao nascimento. As amostras foram submetidas às determinações dos valores eritroleucométricos e à quantificação de subpopulações de linfócitos-T, pela técnica citofluorométrica. Não foram verificadas diferenças significativas (P<0,05) entre os valores médios de tais parâmetros, entre o sangue jugular de neonatos e o SCU eqüino. O valor total para neutrófilos segmentados, no SCU e na jugular dos neonatos, foi inferior ao reportado para eqüinos ao nascimento. As contagens de linfócitos CD5+ e CD4+ no SCU e jugular de neonatos eqüinos foram inferiores àquelas admitidas para o sangue periférico de eqüinos adultos, indicando um componente imunológico imaturo. No entanto, a contagem de linfócitos CD8+ foi semelhante à descrita em sangue periférico de eqüinos adultos. A proporção CD4:CD8 obtida nesse ensaio, tanto para o SCU (2,64±0,91), como no sangue jugular de eqüinos neonatos (2,41±0,81), demonstrou uma dominância das células T CD4+ sobre os linfócitos T CD8+.

Quantificação de células CD34+ do sangue do cordão umbilical de cães

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Influência do tipo de parto na hematologia do cordão umbilical de cães

O sangue do cordão umbilical humano tem sido crescentemente utilizado como fonte de células-tronco. Os modelos experimentais de células-tronco da medula óssea, em cães, têm propiciado informações importantes para transplantes medulares em humanos. Vários trabalhos citam a influência do tipo de parto nas características do sangue do cordão umbilical (SCU) humano. Entretanto, não existem relatos sobre a colheita do sangue do cordão umbilical de cães. O objetivo deste ensaio é avaliar a influência do tipo de parto na hematologia do cordão umbilical de cães. No presente protocolo experimental, foram estudados 54 fetos de cães, ao final da vida intra-uterina, provenientes de parto normal (n=24) e cesariana (n=30). A colheita de sangue do cordão umbilical foi realizada com seringa de cinco mL contendo solução anticoagulante EDTA (1mg/1mL sangue). em seguida, a contagem global de hemácias, leucócitos, plaquetas, a determinação da concentração de hemoglobina, taxa de hematócrito, os índices eritrocitários foram realizados no contador automático de células. A contagem diferencial de leucócitos foi determinada em esfregaços de SCU corados com May-Grunwald-Giemsa (MGG). Com relação ao eritrograma e ao plaquetograma, não houve diferença significativa entre as amostras obtidas em cesarianas e partos normais. Os valores do leucograma do SCU colhido em partos normais foram superiores àqueles obtidos em cesarianas (P<0,05). Portanto, o tipo de parto influencia os valores hematológicos do cordão umbilical de cães.

Fructose in fetal cord blood and its relationship with maternal and 48-hour-newborn blood concentrations

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Bancos de sangue de cordão umbilical e placentário para uso familiar, de caráter privado, no Brasil: subsídios técnicos, legais e éticos para uma análise de implementação

Os bancos de sangue de cordão umbilical e placentário foram criados a partir da comprovação de que o sangue de cordão umbilical e placentário (SCUP) é uma fonte rica em células progenitoras hematopoéticas (CPH) e alternativa às células provenientes da medula óssea para transplante, fato que gerou o interesse pelo armazenamento das células nele contidas. A legislação brasileira distingue bancos para uso alogênico não aparentado (públicos) e para uso exclusivamente autólogo (privados). Por sua vez, o armazenamento de SCUP para uso familiar (doação dirigida) pode ser realizado em bancos de sangue de cordão umbilical e placentário públicos, serviços de hemoterapia ou centros de transplante, quando há um membro da família do nascituro com doença diagnosticada e que necessite de transplante de CPH como tratamento. Apesar de a legislação ser clara, a Anvisa tem identificado o interesse sobre a possibilidade da liberação de unidades de SCUP, armazenadas em bancos autólogos, para a utilização de outrem, familiar, além do recém-nascido beneficiário. O objetivo do trabalho visa promover a reflexão sobre uma possível modificação dos parâmetros legais nacionais que regem os bancos de SCUP autólogo, tornando-os bancos com vistas ao uso familiar, por meio da exposição dos principais elementos relacionados ao tema. O estudo analisou os critérios técnico-sanitários legais para regulamentação dos bancos; descreveu as características das CPH de diversas fontes e tipos de doação para transplante; contextualizou a relação com os princípios da Bioética; avanços sobre terapia e pesquisas relativas às CPH; e discutiu possíveis riscos envolvidos no processo.

Avaliação do perfil de expressão gênica de células CD34+ e células CD CD133+ isoladas de medula óssea e de sangue de cordão umbilical

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estresse oxidativo em recém-nascidos de mães hipertensas: relação com prognóstico neonatal no curto prazo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Imunofenotipagem de subpopulações de linfócitos-T no sangue do cordão umbilical de eqüinos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Padronização da coleta e quantificação de células-tronco hematopoéticas no sangue do cordão umbilical de cães

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)