Date of Award

11-2022

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Biomedical Sciences

Department

Anatomy

First Advisor

Sherif M. Karam

Second Advisor

Asma Al Menhali

Abstract

Stomach erosions and ulcerations are common health problems, and their therapy requires tissue regeneration. While current therapy for these disorders focuses on targeting parietal cells to inhibit acid secretion, the role of stem cells in the regeneration process is neglected. In this study, the aim is to investigate the potential use of macrophages to activate gastric stem cells in co-culture experiments and in a mouse model of gastric ulcer. Bone marrow-derived macrophages were prepared and cultured in the presence of lipopolysaccharides and interleukin-4 to, respectively, induce their differentiation into pro-inflammatory (M1) and anti-inflammatory (M2) macrophages. Polarization of these phenotypes was confirmed by the expressions of IL-1β, IL-6 and iNOS (for M1) and Arg1, Fizz1 and Ym1 (for M2). Mouse gastric progenitor/stem cells or organoids were co-cultured with macrophages or treated with their conditioned media to study gastric epithelial differentiation. In addition, mice with acetic acid-induced gastric ulcers were injected with M1, M2 or M1 plus M2 macrophages to test their possible effects on gastric mucosal regeneration. Combined lectin- and immunocytochemistry revealed that M2-conditioned media treatment and co-culture of M2- macrophages with gastric progenitor/stem cells or organoids stimulated the production of mucous neck cells and parietal cells. In addition, RT-qPCR analysis showed that while Muc6, HK-ATPase and CgA expressions were significantly increased in M2 co-culture, differentiation markers were downregulated in M1 co-culture. In acetic acid-induced gastric ulcer tissues, proliferating epithelial cells were observed at the base of regenerating glands. Macrophage injections increased the number of macrophages and reduced the size of the ulcer area by day 7. While M1 injection activated Wnt signaling pathway and was associated with enhanced cell proliferation and ulcer healing, no sign of differentiation was observed. On the other hand, profiler PCR arrays showed that M2 injections induced TGF-β/BMP, Wnt, Hedgehog and Notch signaling pathways and enhanced both the proliferation and differentiation of epithelial cells. M1 plus M2 injections also showed an increase in epithelial differentiation. This study reveals the beneficial role of macrophages in gastric progenitor/stem cell activation and ulcer healing which might lead to future clinical applications.

Arabic Abstract


دراسات للاستخدام المحتمل للخلايا البلعمية في تنشيط/تمييز الخلايا الجذعية وعلاج القرحة بالمعدة

تعد تآكلات وتقرحات المعدة من المشاكل الصحية الشائعة ويتطلب علاجها تجديد الأنسجة. بينما يركز العلاج الحالي لهذه الأمراض على استهداف الخلايا الجدارية لتثبيط إفراز الحمض، فقد تم إهمال دور الخلايا الجذعية في عملية التجديد. هدفت هذه الدراسة إلى البحث في الاستخدام المحتمل للخلايا البلعمية لتعزيز تكاثر الخلايا الجذعية المعوية والتمايز في تجارب الزراعة المشتركة للخلايا وفي نموذج الفئران لقرحة المعدة. تم تحضير الخلايا البلعمية المشتقة من نخاع العظم وتربيتها في وجود عديدات السكاريد الدهنية والإنترلوكين 4، على التوالي، للحث على تمايزها إلى الخلايا البلعمية المؤيدة للالتهابات (M1) أو المضادة للالتهابات (M2). تم تأكيد هذه الأنماط الظاهرية من خلال التعبير للسيتوكينات أو عوامل النمو الخاصة بـM1 وM2. تمت زراعة الخلايا الجذعية مع الخلايا البلعمية M1 /أوM2 أو عولجت بوسائطها المكيفة لاختبار تمايز الخلايا الجذعية المعدية. بالإضافة إلى ذلك، تم حقن الفئران المصابة بقرحة معدية ناتجة عن حمض الأسيتيك بالخلايا البلعمية M1 أو M2 بالإضافة إلى M2 لاختبار تأثيرها المحتمل على تجديد الغشاء المخاطي في قرحة المعدة .كشفت كيمياء الأنسجة المناعية والليكتين مجتمعة أن العلاج بالوسائط المكيفة M2 وزراعة الخلايا البلعمية M2 مع الخلايا الجذعية المعدية قد حفزت إنتاج الخلايا المخاطية والخلايا الجدارية .بالإضافة إلى ذلك، أظهر تحليل PCR للنسخ العكسي الكمي أنه في حين أن الزراعة المشتركة مع M2 زادت بشكل كبير من تعبيرات Muc6 و HK-ATPaseوCgA، وتم تقليل علامات التمايز الظهاري المعدي في الزراعة المشتركة مع M1 في أنسجة القرحة المعدية التي يسببها حمض الأسيتيك، لوحظ تكاثر الخلايا في قاعدة الغدد المتجددة عند حافة القرحة .ارتبطت حقن البلاعم بزيادة عدد الخلايا الضامة في الأنسجة وتقليل حجم منطقة القرحة. أظهرت مصفوفات ملف التعريف PCR أن حقن M1 كان مرتبطًا بتنشيط مسار إشارات Wnt مما يؤدي إلى تعزيز تكاثر الخلايا وتجديدها وشفاء القرحة، ولكن لم يتم ملاحظة أي علامة على التمايز. من ناحية أخرى، تسببت حقن M2 في مسارات إشارات TGF-β / BMP و Wntو HedgehogوNotch وتعزيز تكاثر الخلايا الظهارية وتمايزها .أظهر حقن M1 بالإضافة إلى M2 أيضًا زياد ة تمايز الخلايا. باختصار تكشف هذه الدراسة عن الدور المفيد للخلايا البلعمية في تنشيط الخلايا الجذعية المعدية وشفاء القرحة مما قد يؤدي إلى احتمال التطبيق السريري لهذه الدراسة في المستقبل.

Download

Share

COinS