ISOLATION OF HUMAN BONE MARROW MESENCHYMAL STEM CELLS AND EVALUATION OF THEIR OSTEOGENIC POTENTIAL

Human bone marrow mesenchymal stem cells (hBMSCs) comprise a cell population capable of self-renewal and multilineage differentiation commonly isolated from bone marrow aspirates of large bones. Their osteogenic potential has been extensively exploited for the biological evaluation of scaffolds or biomaterials with applications in bone tissue engineering. This work aimed to isolate hBMSCs from femoral heads of patients undergoing total hip arthroplasty and to evaluate their osteogenic potential. Briefly, the trabecular bone was extracted and mechanically disaggregated; the released cells were cultured and non-adherent cells were removed after 4 days. The osteogenic potential was evaluated at the fifth passage after 14 and 20 days of induction, comparing cultures with and without osteogenic supplements, via Alizarin red staining and the quantification of the gene expression levels of the osteogenic markers collagen type I, osteonectin and bone sialoprotein through real-time RT-PCR. The obtained hBMSCs presented a stable undifferentiated phenotype after prolonged cell culture, matrix mineralization capabilities and expression of osteoblast phenotype upon osteogenic induction. The three markers were up-regulated in cultures under osteogenic conditions and 2 fold differences in their expression levels were found to be significant for the onset of the differentiation process. The obtained hBMSCs may have applications on the in vitro evaluation of the osteoinductivity of different biomaterials, bioactive molecules or tissue engineering scaffolds. Resumen— Las celulas madre mesenquimatosas de medula osea humana (abreviadas hBMSCs) constituyen una fuente de celulas auto-renovables con alto potencial de diferenciacion, comunmente aisladas a partir de los aspirados medulares en huesos largos. Su diferenciacion hacia el linaje osteogenico, por ejemplo, ha sido ampliamente utilizada para la evaluacion biologica de biomateriales o matrices con aplicaciones en la ingenieria de tejidos oseos. El objetivo de este trabajo consistio en aislar hBMSCs a partir de la cabeza femoral de pacientes sometidos a artroplastia total de cadera, asi como evaluar su potencial osteogenico. Brevemente, se extrajo el hueso esponjoso y se disgrego mecanicamente; las celulas desprendidas se cultivaron y las celulas no adherentes se eliminaron luego de 4 dias. El potencial osteogenico se evaluo en la quinta generacion de cultivo, mediante ensayos de diferenciacion a 14 y 20 dias donde se compararon cultivos con y sin suplementos osteogenicos. La evaluacion se realizo mediante tincion con Alizarina Roja y la cuantificacion de los niveles de expresion genica de los marcadores osteogenicos colageno tipo I, osteonectinca y sialoprotiena osea mediante RT-PCR en tiempo real. Las hBMSCs obtenidas presentaron un fenotipo no-diferenciado estable, asi como la capacidad de mineralizar la matriz extracelular y expresar un fenotipo similar al osteoblasto durante la induccion osteogenica. Los tres marcadores evaluados se sobre-expresaron en los cultivos en condiciones osteogenicas, y se encontro que cambios hasta de 2X en sus niveles de expresion son relevantes para el desarrollo del proceso de diferenciacion. El modelo de hBMSCS presentado podria ser utilizado para la evaluacion in vitro de la osteoinductividad de diferentes biomateriales, moleculas bioactivas o matrices para ingenieria de tejidos.