Development of secretome‑based strategies to improve cell culture protocols in tissue engineering

This study was supported by the Spanish Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tec- nológica (I + D + I) of the Spanish Ministry of Science and Innovation (Instituto de Salud Carlos III), grants FIS PI18/0331, FIS PI21/0980, FIS PI18/0332, FIS PI20/0317, ICI19/00024 and ICI21/00010, and by grants PE-0395- 2019 and PI-0442-2019 from the Consejería de Salud y Familias, Junta de Andalucía, Spain. Additional support was provided through grant B-CTS-450-UGR20 (proyectos de I + D + i en el marco del Programa Operativo FEDER Andalucía 2014–2020, University of Granada and Consejería de Transformación Económica, Industria, Conocimiento y Universidades), and cofinancing was provided from the European Regional Development Fund (ERDF) through the “Una manera de hacer Europa” program.The online version contains supplementary material available at https://doi. org/10. 1038/s41598-022-14115-yAdvances in skin tissue engineering have promoted the development of artificial skin substitutes to treat large burns and other major skin loss conditions. However, one of the main drawbacks to bioengineered skin is the need to obtain a large amount of viable epithelial cells in short periods of time, making the skin biofabrication process challenging and slow. Enhancing skin epithelial cell cultures by using mesenchymal stem cells secretome can favor the scalability of manufacturing processes for bioengineered skin. The effects of three different types of secretome derived from human mesenchymal stem cells, e.g. hADSC‑s (adipose cells), hDPSC‑s (dental pulp) and hWJSC‑s (umbilical cord), were evaluated on cultured skin epithelial cells during 24, 48, 72 and 120 h to determine the potential of this product to enhance cell proliferation and improve biofabrication strategies for tissue engineering. Then, secretomes were applied in vivo in preliminary analyses carried out on Wistar rats. Results showed that the use of secretomes derived from mesenchymal stem cells enhanced currently available cell culture protocols. Secretome was associated with increased viability, proliferation and migration of human skin epithelial cells, with hDPSC‑s and hWJSC‑s yielding greater inductive effects than hADSC‑s. Animals treated with hWJSC‑s and especially, hDPSC‑s tended to show enhanced wound healing in vivo with no detectable side effects. Mesenchymal stem cells derived secretomes could be considered as a promising approach to cell‑free therapy able to improve skin wound healing and regeneration.Spanish Plan Nacional de Investigacion Cientifica, Desarrollo e Innovacion Tecnologica (I + D + I) of the Spanish Ministry of Science and Innovation (Instituto de Salud Carlos III) FIS PI18/0331, FIS PI21/0980, FIS PI18/0332, FIS PI20/0317, ICI19/00024, ICI21/00010Junta de Andalucia PE-0395-2019, PI-0442-2019Proyectos de I + D + i en el marco del Programa Operativo FEDER Andalucia , University of Granada and Consejeria de Transformacion Economica, Industria, Conocimiento y Universidades B-CTS-450-UGR20European Commissio

Efecto del uso de secretoma de células madre mesenquimales en la generación de piel humana mediante ingeniería tisular

Los recientes avances en el campo de la Ingeniería Tisular han permitido el desarrollo de diferentes estrategias para la generación de piel artificial, dando respuesta terapéutica a déficits cutáneos de gran tamaño. Estos progresos son de vital importancia en el algoritmo terapéutico de las quemaduras de gran extensión y constituyen el marco idóneo para el perfeccionamiento de numerosas herramientas de reparación y reemplazo tisular. Uno de los principales inconvenientes de la piel artificial es el requerimiento de una gran cantidad de células epiteliales viables en un periodo corto de tiempo. Consecuentemente, el proceso de biofabricación de piel artificial es especialmente complejo. En este sentido, las estrategias que permitan el perfeccionamiento de los cultivos de células epiteliales y reduzcan el tiempo de fabricación de la piel artificial podrían tener un gran impacto en los pacientes. El secretoma de las células madre mesenquimales puede contribuir a este propósito, tratándose de un producto de fácil obtención con un importante potencial terapéutico. En la presente Tesis Doctoral se han estudiado tres fuentes de secretoma cuya obtención es sencilla y no genera morbilidades en la zona donante. Se trata del secretoma derivado de células madre mesenquimales del tejido adiposo, del secretoma derivado de células madre mesenquimales presentes en la pulpa dental y del secretoma derivado de células madre mesenquimales procedentes de la gelatina de Wharton del cordón umbilical. Así pues, se analizaron los efectos de estas tres fuentes de secretoma al aplicarse sobre cultivos de células epiteliales durante 24, 48, 72 y 120h. El diseño experimental in vitro determinó la capacidad del secretoma de mantener la viabilidad celular, potenciar la proliferación celular y favorecer la reparación de heridas. Posteriormente, se analizó el efecto del secretoma in vivo aplicándolo sobre lesiones infligidas en el dorso de ratas Wistar. Tanto los estudios in vitro como in vivo demostraron que el uso de secretoma derivado de células madre mesenquimales podría mejorar los protocolos de cultivo de células epiteliales actualmente disponibles. Además, los resultados demostraron que el secretoma procedente de células madre mesenquimales de la pulpa dental y de la gelatina de Wharton del cordón umbilical posee mayores efectos inductores que el secretoma obtenido de las células madre mesenquimales del tejido adiposo. En lo que se refiere a los estudios in vivo, los resultados confirmaron los hallazgos encontrados a nivel in vitro. Así pues, se aprecia que las heridas de los animales tratados con secretoma de células madre mesenquimales de gelatina de Wharton del cordón umbilical y, sobre todo, las heridas de los animales tratados con secretoma de células madre mesenquimales de la pulpa dental tienden a mejorar los tiempos de reparación de heridas sin presentarse efectos secundarios. Los resultados de la presente Tesis Doctoral ponen de relieve que el uso de secretoma derivado de las células madre mesenquimales podría considerarse una herramienta terapéutica prometedora capaz de optimizar los procesos de reparación de heridas cutáneas así como de mejorar los tiempos de generación de piel artificial.Tesis Univ. Granada.Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica (I+D+I) del Ministerio de Ciencia e Innovación de España (Instituto de Salud Carlos III), por las becas FIS PI18/0331, FIS PI21/0980, FIS PI18/0332, FIS PI20/0317, ICI19/00024 e ICI21/00010Becas PE-0395- 2019 y PI-0442-2019 de la Consejería de Salud y Familias de la Junta de Andalucía (España)Subvención B-CTS-450-UGR20 (proyectos de I+D+I en el marco del Programa Operativo FEDER Andalucía 2014-2020, Universidad de Granada y Consejería de Transformación Económica, Industria, Conocimiento y Universidades)Cofinanciación del Fondo Europeo de Desarrollo Regional a través del programa "Una manera de hacer Europa