Comparative Study of Characterization of Mesenchymal Stem Cells from Amnion and Chorion of Fetal Membrane
Abstract
การศึกษาเปรียบเทียบคุณลักษณะของเซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์จากแอมเนียนและคอเรียนของเยื่อหุ้มทารก
ศศิประภา ทองบพิตร1, ศุภรัตน์ วิจิตรเวียงรัตน์1, พุทธชาติ โภคาธิกรณ์1, ทัศนีย์ เพิ่มไทย1*
หน่วยวิจัยและพัฒนาเซลล์ต้นกำเนิดเพื่อการรักษาทางการแพทย์ ภาควิชาสูติศาสตร์-นรีเวชวิทยา
คณะแพทยศาสตร์ศิริราชพยาบาล มหาวิทยาลัยมหิดล
หลักการและวัตถุประสงค์: เยื่อหุ้มทารก ประกอบด้วยชั้นแอมเนียนและคอเรียนซึ่งเป็นแหล่งของเซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ที่น่าสนใจ อย่างไรก็ตาม การศึกษาคุณสมบัติ MSCs ที่ได้จากแอมเนียนและคอเรียนยังมีน้อย ดังนั้นการศึกษานี้จึงทำการคัดแยกและเปรียบเทียบ MSCs จากแอมเนียน (amniotic MSC; AMSC) และ คอเรียน (chorionic MSC; CMSC)
วิธีการศึกษา: เยื่อหุ้มทารก จำนวน 5 ตัวอย่าง ถูกนำมาแยก AMSC และ CMSC และศึกษาคุณสมบัติ โดยตรวจสอบรูปร่างเซลล์ การแสดงออกของโปรตีนจำเพาะบนผิวเซลล์ ระยะเวลาที่เซลล์ใช้ในการเพิ่มจำนวน (population doubling time; PDT) และความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์อื่น รวมทั้งตรวจสอบอัตราการรอดชีวิตหลังจากเก็บในสภาวะแช่แข็ง
ผลการศึกษา: AMSC และ CMSC ที่คัดแยกได้มีคุณสมบัติทั่วไป ทั้งรูปร่าง การแสดงออกของ CD44, CD73 และ CD105 ไม่พบการแสดงออกของ CD34 บนผิวเซลล์ นอกจากนี้พบว่าเซลล์ทั้ง 2 ชนิด มีความสามารถเปลี่ยนเป็นเซลล์ไขมัน เซลล์กระดูก และเซลล์ตับที่คล้ายคลึงกัน AMSC มีการเจริญเติบโตเร็วกว่า CMSC เล็กน้อยแต่ไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ ภายหลังจากเก็บรักษาเซลล์ในสภาวะแช่แข็งเป็นระยะเวลา 1 เดือน พบว่าทั้ง AMSC และ CMSC มีอัตราการรอดชีวีตมากกว่าร้อยละ 90
สรุป: จากการศึกษานี้พบว่า AMSC และ CMSC มีคุณสมบัติทั่วไปและความสามารถเปลี่ยนเป็นเซลล์อื่นใกล้เคียงกัน ดังนั้น ทั้งแอมเนียนและคอเรียน อาจจะเป็นทางเลือกสำหรับการผลิต MSCs เพื่อนำไปประยุกต์ใช้ในการบำบัดรักษาโรคได้
คำสำคัญ: เยื่อหุ้มทารก; เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์
Background and Objective: The fetal membranes, amnion and chorion, are the attractive sources of mesenchymal stem cells (MSCs). However, the comparative study between the amnion - and chorion-derived MSCs are still unclear. This study aimed to isolate and compare the properties of the amniotic mesenchymal stem cell (AMSC) and chorionic mesenchymal stem cell (CMSC).
Methods: AMSC and CMSC were isolated from the fetal membranes (n=5). The morphologies, population doubling times (PDT), MSC surface markers, and multilineage differentiation potentials of AMSC and CMSC were compared. Moreover, the viability of both MSCs were investigated after cryopreservation.
Results: AMSC and CMSC exhibited similar morphologies. Both expressed CD44, CD73, CD105 but not CD34 on the cell surfaces and could be differentiated into adipogenic, osteogenic, and hepatogenic cells. As for PDT, AMSC proliferated faster than CMSC, but this was not reached statistically significant. After the cryopreservation for 1 month, more than 90% of AMSC and CMSC were viable.
Conclusions: The results of this study demonstrated that AMSC and CMSC had similar characteristics and differentiation potential. Therefore, both amnion and chorion are the alternative sources of MSCs, which might be useful for therapeutic applications.
Keyword: fetal membrane; mesenchymal stem cells; amnion; chorion
บทนำ
เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ (Mesenchymal stem cells; MSCs) เป็นเซลล์ที่มีศักยภาพสูง มีความสามารถในการเพิ่มจำนวนโดยคงคุณสมบัติความเป็นเซลล์ต้นกำเนิดได้อย่างไม่จำกัด (self-renewal) และมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ร่างกายได้หลายชนิดทั้งกลุ่ม mesoderm, ectoderm และ endoderm นอกจากนี้ MSCs ยังมีคุณสมบัติอื่น ๆ เช่น มีฤทธิ์ต้านการอับเสบ ควบคุมระบบภูมิคุ้มกัน (immunomodulatory) และสามารถปลูกถ่ายเข้าสู่ร่างกายโดยไม่เกิด graft versus host disease (GVHD) ดังนั้น MSCs จึงน่าจะสามารถนำมาใช้รักษาโรคต่าง ๆ ที่รวมถึงการนำมาใช้ในเวชศาสตร์ชะลอวัยและการฟื้นฟูสุขภาพได้
เป็นที่ทราบกันดีว่าไขกระดูก (bone marrow) เป็นแหล่ง MSCs ที่ได้รับความนิยมและถูกนำมาศึกษาวิจัยอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตาม ในการประยุกต์ใช้ทางคลินิกพบว่าเซลล์ต้นกำเนิดจากไขกระดูก (bone marrow stem cell; BMSC) มีข้อจำกัดหลายประการ เช่น ผู้บริจาคจะได้รับความเจ็บปวดจากกระบวนการเก็บไขกระดูกและต้องอาศัยแพทย์ผู้เชี่ยวชาญ อีกทั้งคุณภาพของ BMSC ที่ได้ขึ้นอยู่กับอายุของผู้บริจาค ซึ่งความสามารถในการเจริญเติบโตของ BMSC จะลดลงในผู้บริจาคที่มีอายุมาก1 จึงมีความจำเป็นที่จะต้องหา MSCs จากแหล่งอื่นทดแทน ดังนั้น เยื่อหุ้มทารก (fetal membrane) ซึ่งได้มาหลังจากทารกคลอด จึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งของ MSCs ที่เก็บได้ง่ายโดยไม่มีปัญหาความขัดแย้งทางจริยธรรม2,3 รวมถึง MSCs ที่ได้มีคุณสมบัติและศักยภาพดีเหมาะสำหรับการนำไปใช้รักษาโรคไม่ต่างจาก BMSC2-7
Fetal membrane ประกอบด้วยชั้นแอมเนียน (amnion) และคอเรียน (chorion) ซึ่งเนื้อเยื่อทั้ง 2 ชั้นอยู่ติดกันและมีต้นกำเนิดจากตัวอ่อนระยะแรก โดยแอมเนียนเป็นเยื่อบางด้านในทำหน้าที่ห่อหุ้มป้องกันทารกในครรภ์ที่กำลังพัฒนา โดยมีน้ำคร่ำคั่นระหว่างแอมเนียนและตัวอ่อน แอมเนียนประกอบด้วยเนื้อเยื่อสามชั้น ได้แก่ ชั้นเซลล์เยื่อบุ (epithelial layer) ชั้น basement membrane และชั้น stroma ซึ่งชั้น stroma เป็นแหล่งที่อยู่ของ MSCs2-4 ส่วนคอเรียนเป็นเยื่อหุ้มชั้นนอกที่ติดกับผนังมดลูก ในช่วงสามเดือนแรก คอเรียนจะเจริญอย่างรวดเร็วและแทรกเข้าไปในผนังเยื่อบุมดลูกของแม่ มีลักษณะคล้ายนิ้วมือ เรียกว่า chorionic villi ซึ่งจะมีเส้นเลือดมาหล่อเลี้ยงเป็นจำนวนมาก เป็นทางแลกเปลี่ยนสารระหว่างทารกและมารดา สามารถพบ MSCs ได้ ทั้งในเยื่อคอเรียน และ chorionic villi4,5 เนื่องจากความแตกต่างของการพัฒนาแอมเนียนและคอเรียน จึงเป็นที่น่าสนใจว่า MSCs ที่ได้จาก 2 แหล่งนี้ มีความแตกต่างกันหรือไม่ อย่างไรก็ดีปัจจุบันยังมีการศึกษาเชิงเปรียบเทียบของ MSCs ที่ได้จากแอมเนียนและคอเรียนน้อย
การศึกษานี้จึงได้ทำการคัดแยกและเปรียบเทียบคุณสมบัติของ AMSC และ CMSC โดยตรวจสอบรูปร่างของเซลล์ การแสดงออกของโปรตีนจำเพาะบนผิวเซลล์ อัตราการเจริญเติบโต ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์จําเพาะ ได้แก่ เซลล์ไขมัน และเซลล์กระดูก และเซลล์ตับ รวมทั้งศึกษาอัตราการรอดชีวิตภายหลังการเก็บรักษาเซลล์ในสภาวะแช่แข็ง
