Isolation, culture, characterization and cryopreservation of stem cells derived from amniotic mesenchymal layer and umbilical cord tissue of bovine fetuses / Isolamento, cultura, caracterização e criopreservação de células tronco derivadas de camada amniótica mesenquimal e de tecido do cordão umbilical de fetuses bovinos

Stem cells are undifferentiated cells with a high proliferation potential. These cells can be characterized by their in vivo ability to self-renew and to differentiate into specialized cell lines. The most used stem cell types, in both human and veterinary fields, are the mesenchymal stem cells (MSC) derived from bone marrow and adipose tissue. Nowadays, there is a great interest in using stem cells derived from fetal tissues, such as amniotic membrane (AM) and umbilical cord tissue (UCT), which can be obtained non-invasively at delivery time. Due to the scarcity of studies in bovine species, the aim of this study was to isolate, characterize, differentiate and cryopreserve MSC derived from the mesenchymal layer of amniotic membrane (AM), for the first time, and umbilical cord tissue (UCT) of dairy cow neonates after assisted delivery (AD) and from fetus at initial third of pregnancy (IT) obtained in slaughterhouse. Cells were isolated by enzymatic digestion of the tissue fragments with 0.1% collagenase solution. Six samples of AM and UCT at delivery time and six samples of AM and UCT at first trimester of pregnancy were subjected to morphology evaluation, imunophenotype characterization, in vitro osteogenic, adipogenic and chondrogenic differentiation and viability analysis after cryopreservation. All samples showed adherence to plastic and fibroblast-like morphology. Immunocytochemistry revealed expression of CD 44, NANOG and OCT-4 and lack of expression of MHC II in MSC from all samples. Flow cytometry demonstrated that cells from all samples expressed CD 44, did not or low expressed CD 34 (AM: IT-0.3%a, AD-3.4%b; UCT: 0.4%, 1.4%) and MHC II (AM: IT-1.05%a, AD-9.7%b; UCT: IT-0.7%a, AD-5.7%b). They were also capable of trilineage mesenchymal differentiation and showed 80% viability after cryopreservation. According to the results, bovine AM and UCT-derived cells, either obtained at delivery time or from slaughterhouse, are a painless and non-invasive source of MSC and can be used for stem cell banking.(AU)

As células tronco mesenquimais (CTMs) estão presentes na maioria dos tecidos adultos e possuem grande capacidade de multiplicação. Quando cultivadas in vitro são capazes de se auto renovar e dar origem a novos tipos celulares. As células tronco mais utilizadas, tanto na medicina humana como na medicina veterinária são as células tronco mesenquimais derivadas da medula óssea e do tecido adiposo. Atualmente, uma grande tendência para a utilização de CTMs obtidas de tecidos fetais, como a membrana amniótica (MA), matriz extravascular do cordão umbilical (TCU) e sangue do cordão umbilical (SCU) pode ser observada, já que estas fontes podem ser colhidas no momento do parto por uma técnica não invasiva. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi isolar, caracterizar, diferenciar e criopreservar CTMs obtidas de MA e TCU de fetos bovinos colhidos no momento do parto e de fetos do terço inicial da gestação em abatedouro-frigorífico. As células foram recuperadas por meio de digestão enzimática tecidual, realizada com solução de colagenase 0,1%. Foram colhidas amostras de MA e TCU no momento do parto (n=6) e de MA e TCU no terço inicial de gestação (n=6), as quais foram submetidas às análises morfológicas, imunofenotípica por imunocitoquímica e citometria de fluxo, diferenciações in vitro nas linhagens osteogênica, adipogênica e condrogênica e ainda, avaliação da viabilidade após a criopreservação por citometria de fluxo. Todas as amostras dos diferentes grupos demonstraram adesão ao plástico e morfologia fibroblastóide. No ensaio imunocitoquímico todas as amostras foram imunomarcadas para CD44, NANOG e Oct-4, com ausência de marcação para MHC II. Na análise imunofenotipica por citometria de fluxo, todas as amostras apresentaram marcação para CD44, ausência de marcação para ou baixíssima expressão de CD34 (MA: TI-0,3%a, PA-3.4%b; TCU: TI-0,4%, PA-1.4%) e nula ou baixa expressão de MHC II (MA: TI-1.5%a, PA-9.7%b; UCT: TI-0.7%a, PA-5.7%b. Apresentaram também capacidade de diferenciação in vitro nas três linhagens mesodermais e quando analisadas pós criopreservação por citometria de fluxo, todas as amostras apresentaram viabilidade de 80%. Estes resultados indicam que MA e TCU, obtidos tanto no momento de parto como em abatedouro, de fetos bovinos podem ser utilizados como fonte não invasiva e indolor de CTMs e possibilitam a formação de bancos de armazenamento de células.(AU)

Comparação da composição bioquímica do líquido amniótico equino colhido em diferentes estágios gestacionais e no momento do parto / Comparison of the biochemical composition of equine amniotic fluid collected in different gestational phases and at delivery

A viabilidade e maturidade fetais podem ser estimadas através da avaliação dos fluídos fetais em muitas espécies, no entanto a composição bioquímica do líquido amniótico durante a gestação ainda não está bem definida para a espécie equina. O objetivo deste estudo foi estabelecer e comparar o perfil bioquímico do liquido amniótico em diferentes momentos da gestação e no momento do parto para um melhor entendimento da fisiologia da gestação de equinos. Foram avaliados valores encontrados para pH, osmolaridade, glicose, uréia, creatinina, gamma-GT, sódio, potássio, cloretos e proteína total no liquido amniótico colhido de 122 éguas comparando-se os resultados encontrados entre as colheitas em terço inicial (TI), médio (TM) e final (TF) da gestação e no momento do parto (MP). [...] Valores para gamma GT diferiram apenas entre os grupos TF e MP e mais estudos devem ser conduzidos sobre sua função no liquido amniótico das espécies domésticas. Os valores de sódio e cloretos não diferiram significativamente entre os grupos estudados e as concentrações de potássio diferiram apenas entre os grupos TF e MP refletindo a manutenção do equilíbrio eletrolítico do líquido amniótico equino durante a gestação. As concentrações de proteínas totais variaram de maneira heterogênea entre os grupos, porém todos estes demonstraram baixas concentrações. Concluímos que a composição bioquímica do liquido amniótico equino varia de acordo com o desenvolvimento fetal e pode ser utilizada como mensuração da viabilidade e maturidade do feto no futuro, no entanto devido ao pequeno número de estudos conduzidos e diferenças encontradas em seus resultados, outros estudos devem ser realizados para a melhor definição do perfil bioquímico do líquido amniótico equino durante as fases gestacionais e no momento do parto.

The viability and fetal maturity can be estimated by biochemical evaluation of the fetal fluids of several species; however the biochemical composition of amniotic fluid during pregnancy is not fully defined for equine. The aim of this study was to establish and compare the biochemical profile of amniotic fluid in different moments of pregnancy and at delivery, in order to better explain the peculiarities of the physiology of pregnancy in mares. The values founded for pH, osmolarity, glucose, urea, creatinine, gamma-GT, Sodium, potassium, chloride and total protein were evaluated in amniotic fluid collected from 122 mares comparing the results between the initial-third (IT), mid-third (MT) and latter-third (FT) of gestation and at delivery (D). [...] Concentrations of urea tended to be statistically different in at least one of the groups. A significant increase in creatinine concentrations was observed during the initial-third, medium-third and the final-third of pregnancy and the value found at delivery remained equal to final-third. Values for Gamma GT differed only between FT and D groups and more studies should be conducted about its role in the amniotic fluid of domestic species. For the sodium and chloride ions, they were not significantly different between the studied stages, and the potassium ion was significantly different only between FT and D reflecting the maintenance of electrolyte balance of the amniotic fluid during equine pregnancy. Total protein concentrations were different between groups, but all the groups showed low concentrations. We conclude that the values of the parameters studied varied according with the fetal development and can be used for the evaluation of fetal viability and maturity in the future, but the scarce number of studies in this area and the difference between the results found in literature demonstrate the need of more works to establish the biochemical profile of equine amniotic fluid during pregnancy and at delivery.

The seasonal and ovarian status effects on in vitro production of domestic cat embryos between Equator and Tropic of Capricorn / Efeitos da sazonalidade e da condição ovariana sobre a produção in vitro de embriões de gatos domésticos em uma região entre o Equador e o Trópico de Capricórnio

From the Tropic of Capricorn to Equator, the seasonality of domestic cat is known to be absent, i.e., these animals are considered non-seasonal breeders at these regions. We hypothesized that this particularity might have some influence on in vitro embryo production. The aim of this experiment was to determine the percentage of cleavage and morulae and blastocyst formation produced from oocytes recovered from queen ovaries of three distinct status - follicular, luteal or inactive - during two different reproductive seasons experienced by cats in southeast of Brazil (22°53'09" S and 48°26'42" W) - non breeding season (NBS), comprehending January to March; and breeding season (BS), August to October. Thirty queens were neutered. [...] During NBS, from a total of 272 (inactive), 162 (luteal) and 134 (follicular) fertilized oocytes, the percentage of cleaved zygotes, morulae and blastocysts derived from inactive ovaries were 24.63, 16.54 and 8.09 respectively; for those derived from luteal ovaries, the percentage was 21.6, 12.96 and 8.64, and for those from follicular ovaries, they were 24.62, 16.41 and 8.21. Considering BS, from a total of 102 (inactive), 198 (luteal) and 86 (follicular) fertilized oocytes, the relative frequency (%) of cleaved zygotes, morulae and blastocysts derived from inactive ovaries were 64.7, 41.17 and 23.53 respectively; for those derived from luteal ovaries, the percentage was 64.14, 40.41 and 23.73, and for those from follicular ovaries, they were 63.95, 39.54 and 24.41. The results of this experiment demonstrate that no statistically significant difference (P<0.05) was verified in the frequency of cleaved embryos and morulae and blastocyst formation when comparing the three ovarian conditions in the same season. However the breeding season presented better results considering cleavage and morulae and blastocyst formation.

Do Trópico de Capricórnio ao Equador, sabe-se que a sazonalidade no gato domestico é ausente, i.e., estes animais são considerados reprodutores não sazonais nestas regiões. [...] O objetivo deste experimento foi determinar a porcentagem de clivagem e formação de mórulas e blastocistos produzidos a partir de oócitos recuperados de ovários de gatas em três condições - folicular, lútea ou inativa - durante duas estações reprodutivas pelas quais gatas passam na região sudeste do Brasil (22°53'09" S e 48°26'42" O) - estação não reprodutiva (ENR), que compreende os meses de janeiro a março; e estação reprodutiva (ER), agosto à outubro. Trinta gatas foram castradas. [...] Durante a ENR, de um total de 272 (inativo), 162 (lútea) e 134 (folicular) oócitos fertilizados, a porcentagem de clivagem de zigotos, formação de mórulas e de blastocistos derivados de ovários inativos foi 24,63, 16,54 e 8,09 respectivamente; para aqueles oriundos de ovários na condição lútea, a porcentagem foi de 21,6, 12,96 e 8,64, e para aqueles provenientes de ovários na fase folicular, foi de 24,62, 16,41 e 8,21. Considerando a ER, de um total de 102 (inativo), 198 (lútea) e 86 (folicular) oócitos fertilizados, a frequência relativa (%) de zigotos clivados, mórulas e blastocistos derivados de ovários na condição inativa foi de 64,7, 41,17 e 23,53 respectivamente; para aqueles oriundos de ovários na condição lútea, a porcentagem foi de 64,14, 40,41 e 23,73, e para aqueles provenientes de ovários na fase folicular, foi de 63,95, 39,54 e 24,41. Os resultados deste experimento demonstraram que não houve diferença estatística significante (P < 0.05) na frequência de embriões clivados e na formação de mórulas e blastocistos quando comparadas as três condições ovarianas dentro da mesma estação. Entretanto, a ER apresentou resultados melhores considerando as taxas de clivagem e formação de mórula e de blastocisto se comparada à ENR.

Isolamento, caracterização e diferenciação de células-tronco mesenquimais do líquido amniótico equino obtido em diferentes idades gestacionais / Isolation, characterization and differentiation of mesenchymal stem cells derived from equine amniotic fluid obtained from different gestacional ages

O interesse nas pesquisas com células-tronco derivadas de anexos fetais de diversas espécies cresceu exponencialmente nas últimas décadas em virtude de serem fontes de células-tronco adultas com potencial de diferenciação em diversas linhagens celulares que apresentam pouca ou nenhuma imunogenicidade, apresentando-se assim como alternativa de grande importância para a formação de bancos celulares. Apesar do crescente interesse, os estudos para espécie equina ainda são escassos. O objetivo deste trabalho foi isolar, caracterizar e diferenciar células-tronco mesenquimais (CTMs) derivadas do líquido amniótico equino obtidas do terço inicial, médio e final da gestação (LA-CTMs), comparando suas características. Foram colhidas 23 amostras de líquido amniótico as quais foram submetidas às análises morfológica, imunocitoquímica, imunofenotípica por citometria de fluxo e às diferenciações osteogênica, adipogênica e condrogênica in vitro. Todas as amostras demonstraram adesão ao plástico e morfologia fibroblastóide. No ensaio imunocitoquímico as células de todos os grupos foram imunomarcadas para CD44, PCNA e vimentina com ausência de marcação para citoqueratina e Oct-4. Na citometria de fluxo observou-se a expressão de CD44 e CD90 e ausência de expressão de CD34, sendo que os marcadores CD44 e CD90 mostraram padrão de expressão decrescente em relação ao desenvolvimento gestacional. As amostras obtidas de todas as fases da gestação foram capazes de diferenciação nas linhagens osteogênica, condrogênica e adipogênica. Portanto, as células obtidas do líquido amniótico apresentaram características morfológicas, imunofenotípicas e potencial de diferenciação típicos das CTMs, demonstrando que a colheita pode ser realizada em qualquer fase gestacional. No entanto, mais pesquisas devem ser realizadas principalmente quanto à expressão de marcadores de pluripotencialidade (como o Oct-4) e ao seu potencial de diferenciação em linhagens extra mesodermais já relatados na literatura.

The interest in stem cells derived from fetal annexes of many species has exponentially increased during the last decades, because they are adult stem cell sources with potential of differentiation in several cell lineages; which present little or no immunogenicity and are an alternative with great importance for storage cell banks. Despite the rising interest, studies for the equine species are still rare. The aim of this study was to isolate, characterize and differentiate mesenchymal stem cells derived from equine amniotic fluid obtained from initial, middle and late third of gestation (AF-MSCs), and compare their results. Twenty three samples from equine amniotic fluid were evaluated by morphological, immunocytochemical and immunophenotypical (Flow cytometer) assays and osteogenic, adipogenic and chondrogenic in vitro differentiation. All samples demonstrated plastic adhesion and fibroblastoid morphology. The immunocytochemical assay demonstrated cells from all the studied groups were positive for CD44, PCNA and vimentin and negative for cytokeratin and Oct-4. Flow cytometry demonstrated expression of CD44 and CD90 and no expression of CD34, where CD44 and CD90 markers presented decreasing pattern of expression in relation to the gestational development. All samples collected from all gestational phases were capable to differentiate in osteogenic, chondrogenic and adipogenic lineages. Thus, cells obtained from equine amniotic fluid presented morphological and immunophenotypical characteristics and potential of differentiation typical of MSCs showing that the collection can be performed at any stage of pregnancy. However, more studies should be performed about the expression of pluripotent markers as Oct-4 and the differentiation potential for extra mesodermal lineages prior demonstrated in the literature.

Potencial de transdiferenciação neural das células-tronco mesenquimais da medula óssea de equino / Potential of neural transdifferentiation of mesenchymal stem cells from equine bone marrow

Os primeiros estudos demonstrando o potencial de trandiferenciação neural das células-tronco mesenquimais (CTMs) provenientes da medula óssea (MO) foram conduzidos em camundogos e humanos no início da década de 2000. Após esse período, o número de pesquisas e publicações com o mesmo propósito tem aumentado, mas com raros ou escassos estudos na espécie equina. Nesse sentindo, o objetivo desse trabalho foi avaliar o potencial in vitro da transdiferenciação neural das CTMs provenientes da MO de equinos utilizando-se dois protocolos: P1 (forksolin e ácido retinóico) e P2 (2-βmecarptoetanol). Após a confirmação das linhagens mesenquimais, pela positividade para o marcador CD90 (X=97,94%), negatividade para o marcador CD34 e resposta positiva a diferenciação osteogênica, as CTMs foram submetidas a transdiferenciação neural (P1 e P2) para avaliação morfológica e expressão dos marcadores neurais GFAP e β3 tubulina por citometria de fluxo. Os resultados revelaram mudanças morfológicas em graus variados entre os protocolos testados. No protocolo 1, vinte quatro horas após a incubação com o meio de diferenciação neural, grande proporção de células (>80%) apresentaram morfologia semelhante a células neurais, caracterizadas por retração do corpo celular e grande número de projeções protoplasmáticas (filopodia). Por outro lado, de forma comparativa, já nos primeiros 30 minutos após a exposição ao antioxidante β-mercaptoetanol (P2) as CTMs apresentaram rápida mudança morfológica caracterizada principalmente por retração do corpo celular e menor número de projeções protoplasmáticas. Também ficou evidenciado com o uso deste protocolo, menor aderência das células após tempo de exposição ao meio de diferenciação, quando comparado ao P1. Com relação a análise imunofenotípica foi observado uma maior (P<0,001) expressão dos marcadores GFAP e β3 tubulina ao término do P2 quando comparado ao P1. A habilidade das CTMs em gerar tipos celulares relacionados a linhagem neural é complexa e multifatorial, dependendo não só dos agentes indutores, mas também do ambiente no qual estas células são cultivadas. Desta forma um maior número de estudos é necessário para o melhor entendimento do processo de transdiferenciação neural a partir de CTMs de equinos.

The first studies showing the potential of neural transdifferentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) from bone marrow (BM) were conducted in camundogos and humans in the early 2000s. After this period, the number of research and publications with the same purpose increased, but with rare or scarce studies in horses. The aim of this study was to evaluate in vitro neuronal transdifferentiation potential of MSCs from equine BM using two protocols: P1 (forksolin and retinoic acid) and P2 (2-βmecarptoetanol). After confirming the mesenchymal lineages, by positivity for the marker CD90 (X=97.94%), negative for the marker CD34 and positive response for osteogenic differentiation, MSCs were subjected to neural transdifferentiation (P1 and P2) for morphological analysis and expression of neural markers GFAP and β3 tubulin by flow cytometry. The results revealed morphological changes in varying degrees between the tested protocols. In protocol 1, twenty four hours after incubation with the media of neural differentiation, a large proportion of cells (>80%) had similar morphology to neural cells, characterized by retraction of cellular body and a large number of cytoplasmic extension (filopodia). However, comparatively, within the first 30 minutes after exposure to the antioxidant β-mercaptoethanol (P2) MSCs showed rapid morphological changes characterized mainly by retraction of cellular body and less cytoplasmic extension. It was also evidenced with the use of this protocol, lower cellular adhesion after exposure to media when compared to P1. Regarding the immunophenotyping analysis it was observed a higher (P<0.001) expression of the markers GFAP and β3 tubulin at the end of P2 compared to P1. The ability of MSCs to generate cell types related to neural lineage is complex and multifactorial, depending not only of inducing agents, but also the environment in which these cells will be cultivated. Thus a greater number of studies are necessary to better understand the process of neural transdifferentiation of MSCs from equine.