Pharmacological rescue of diabetic skeletal stem cell niches

干细胞 干细胞巢 抢救疗法 生物 医学 利基 细胞生物学 祖细胞 内科学 生物化学
作者
Ruth Tevlin,Eun Young Seo,Owen Marecic,Adrian McArdle,Xinming Tong,Bryan Zimdahl,Andrey Victorovich Malkovskiy,Rahul Sinha,Gunsagar Singh Gulati,Xiyan Li,Taylor L. Wearda,Rachel M. Morganti,Michael Lopez,Ryan C. Ransom,Christopher R. Duldulao,Mélanie Rodrigues,Allison Nguyen,Michael Januszyk,Zeshaan N. Maan,Kevin J. Paik
出处
期刊:Science Translational Medicine [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:9 (372) 被引量:104
标识
DOI:10.1126/scitranslmed.aag2809
摘要

Diabetes mellitus (DM) is a metabolic disease frequently associated with impaired bone healing. Despite its increasing prevalence worldwide, the molecular etiology of DM-linked skeletal complications remains poorly defined. Using advanced stem cell characterization techniques, we analyzed intrinsic and extrinsic determinants of mouse skeletal stem cell (mSSC) function to identify specific mSSC niche-related abnormalities that could impair skeletal repair in diabetic (Db) mice. We discovered that high serum concentrations of tumor necrosis factor-α directly repressed the expression of Indian hedgehog (Ihh) in mSSCs and in their downstream skeletogenic progenitors in Db mice. When hedgehog signaling was inhibited during fracture repair, injury-induced mSSC expansion was suppressed, resulting in impaired healing. We reversed this deficiency by precise delivery of purified Ihh to the fracture site via a specially formulated, slow-release hydrogel. In the presence of exogenous Ihh, the injury-induced expansion and osteogenic potential of mSSCs were restored, culminating in the rescue of Db bone healing. Our results present a feasible strategy for precise treatment of molecular aberrations in stem and progenitor cell populations to correct skeletal manifestations of systemic disease.

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