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Boosting the therapeutic potential of cell secretome against osteoarthritis: Comparison of cytokine-based priming strategies - 05/01/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.115970 
Chiara Giannasi a, b, , Elena Della Morte b, 1, Francesca Cadelano a, b, 1, 2, Alice Valenza b, Sara Casati a, Michele Dei Cas c, Stefania Niada b, Anna Teresa Brini a, b
a Department of Biomedical, Surgical and Dental Sciences, University of Milan, Milan, Italy 
b IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi, Milan, Italy 
c Department of Health Sciences, University of Milan, Milan, Italy 

Corresponding author at: Department of Biomedical, Surgical and Dental Sciences, University of Milan, Milan, Italy.Department of Biomedical, Surgical and Dental Sciences, University of MilanMilanItaly

Abstract

The secretome, or conditioned medium (CM), from Mesenchymal Stem/stromal Cells (MSCs) has recently emerged as a promising cell-free therapeutic against osteoarthritis (OA), capable of promoting cartilage regeneration and immunoregulation. Priming MSCs with 10 ng/ml tumor necrosis factor α (TNFα) and/or 10 ng/ml interleukin 1β (IL-1β) aims at mimicking the pathological milieu of OA joints in order to target their secretion towards a pathology-tailored phenotype. Here we compare the composition of the CM obtained after 24 or 72 h from untreated and cytokine-treated adipose-derived MSCs (ASCs). The 72-hour double-primed CM presents a higher total protein yield, a larger number of extracellular vesicles, and a greater concentration of bioactive lipids, in particular sphingolipids, fatty acids, and eicosanoids. Moreover, the levels of several factors involved in immunomodulation and regeneration, such as TGF-β1, PGE2, and CCL-2, are strongly upregulated. Additionally, the differential profiling of 80 bioactive molecules indicates that primed CM is enriched in immune cell chemotaxis and migration factors. Our results indicate that pre-conditioning ASCs with inflammatory cytokines can modulate the composition of their CM, promoting the release of factors with recognized anti-inflammatory, chondroprotective, and immunoregulatory properties.

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Graphical Abstract




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Highlights

Inflammatory cytokines drive osteoarthritis onset and progression.
Appropriate cell priming may allow the production of a pathology-tailored secretome.
The secretome of cytokine-treated cells is enriched in bioactive factors.

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Abbreviations : AA, ADAMTS, ASC, CER, CM, DHCER, EICO, ELISA, EPA, EV, FA, FBS, GB3, IL-1β, LacCer, MMP, MSC, NTA, OA, pCM, SM, TIMP, TNFα

Keywords : Secretome, Conditioned medium, Cell priming, Osteoarthritis, Inflammation, Immunoregulation


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