Optimization of the bone regeneration process with adipose tissue-derived stromal cells, collected from different locations

Adipose tissue-derived stromal cells (ADSCs) have gained particular interest in the field of veterinary medicine, particularly in bone tissue regenerative applications. ADSCs are a versatile population of multipotent cells with unique characteristics, such as accessibility, abundance, rapid proliferation, regenerative capacity, and the ability to produce bioactive molecules. However, the intricacies of ADSCs characteristics seem to vary depending on the animal species and the specific anatomical site from which they are sourced. ADSCs can be obtained from two main sites – adipose tissue of the subcutaneous and visceral regions (SCAT and VAT, respectively) – which differ in terms of structure, composition, cell content and functionality. However, little attention has been directed towards comprehending the functional diversity of ADSCs isolated from these two sites and the consequential effects on their response to different osteogenic inducers. Hence, this study aimed to characterize the functional activity of osteogenic-induced ADSCs cultures from three different species – cat, dog and horse. Additionally, the impact of two osteogenic conditions – the classic dexamethasone, βglycerophosphate and ascorbic acid combination (DEX), and retinoic acid (RA), were assessed in order to identify the most efficient osteogenic differentiation protocol tailored to each species and anatomical location of origin. The adipose tissue from different anatomical locations, focusing on SCAT and VAT, was isolated, characterized and ADSCs were isolated and grown in the presence of the two osteogenic-inducing conditions, and characterized in terms of proliferation, metabolic activity, morphology and osteogenic activity. Results indicated that the biological profile of adipose tissue, proliferation, and osteogenic functionality of ADSCs differed according to tissue origin and species. Tissue samples from different anatomical locations exhibited different characteristics in terms of cell size, vascularization, and morphology, which probably reflect the differences found in the functionality of isolated ADSCs. Proliferation rates were comparable between SCAT- and VAT-derived ADSCs from cats and horses, with notable differences in cells isolated from dogs. In terms of the osteogenic differentiation potential, in cat-derived populations, VAT-derived ADSCs showed greater osteogenic capacity, particularly with RA, while SCAT-derived ADSCs, particularly in the presence of DEX, showed greater potential in cells isolated from horses. However, VAT-derived ADSCs, in the presence of RA, exhibit an increased osteogenic capacity. Interestingly, in dogs’ cells, the comparative analysis between cells isolated from the two VAT anatomical locations revealed that falciform ligament-derived ADSCs showed greater osteogenic capacity than those from periovarian location, particularly with DEX induction. In conclusion, different characteristics were found in the different anatomical locations of adipose tissue, which may reflect the differences found in the functionality of ADSCs. In addition, data highlighting the importance of the selection of the most appropriate osteogenic induction program for each cell population. Therefore, the harvesting site location must be taken into account in order to optimize ADSCs osteogenic functionality, and thus improve the efficacy of ADSCs-based bone regeneration therapiestailored to each animal species.

As células estromais derivadas do tecido adiposo (ADSCs) têm ganho especial interesse no domínio da medicina veterinária, nomeadamente em aplicações regenerativas dotecido ósseo. As ADSCs são uma população versátil de células multipotentes com características únicas, tais como a acessibilidade, abundância, rápida proliferação, capacidade regenerativa e a sua capacidade de produzir moléculas bioativas. No entanto, as características das ADSCs podem variar dependendo da espécie animal e do local de onde são derivadas. Estas células podem ser obtidas de duas localizações anatómicas principais – das regiões subcutânea e visceral (SCAT e VAT, respetivamente) – que apresentam diferenças quanto à estrutura, composição, conteúdo celular e funcionalidade. No entanto, tem sido dada pouca atenção às diferenças na atividade funcional das ADSCs isoladas destas duas regiões anatómicas, bem como o impacto dessas diferenças na resposta aos diferentes indutores osteogénicos. Pelo exposto, o presente trabalho teve como objetivo caracterizar a atividade funcional das culturas de ADSCs estabelecidas, de três espécies diferentes – gato, cão e cavalo, bem como o efeito de duas condições osteogénicas – o meio clássico suplementado com dexametasona, β-glicerofosfato e ácido ascórbico (DEX), e o meio suplementado com ácido retinóico (RA), de modo a identificar o protocolo de diferenciação osteogénica mais eficiente e adaptado a cada espécie e localização anatómica de origem. O tecido adiposo de localizações anatómicas distintas, com foco no SCAT e VAT foi isolado, caracterizado, e as ADSCs foram isoladas e cultivadas na presença das duas condições osteogénicas indutoras, e caracterizadas em termos de proliferação, atividade metabólica, morfologia e atividade osteogénica. Os resultados demonstraram que o perfil biológico do tecido adiposo, a proliferação e o potencial osteogénico das ADSCs diferem consoante a origem do tecido e a espécie. De um modo geral, as ADSCs obtidas de distintas localizações anatómicas apresentam diferentes características quanto ao tamanho celular, vascularização e morfologia, que provavelmente refletem as diferenças encontradas na funcionalidade osteogénica. Em gatos e cavalos, a taxa de proliferação parece ser semelhante em células isoladas da região SCAT e VAT, em gatos e cavalos. No entanto, nos cães verificaram-se diferenças na taxa de proliferação quando se compararam as ADSCs das duas localizações anatómicas de VAT.Em termos de potencial de diferenciação osteogénica, as ADSCs derivadas de VAT demonstraram maior capacidade osteogénica em gatos, particularmente com RA, enquanto que em cavalos as ADSC derivadas do SCAT, particularmente na presença de DEX, apresentaram um potencial superior. No entanto, as ADSCs derivadas de VAT, na presença de RA, exibiram uma capacidade osteogénica aumentada. Curiosamente, nos cães, a análise comparativa entre as duas localizações anatómicas de VAT revelou que as ADSCs derivadas do ligamento falciforme apresentam maior capacidade osteogénica do que as células provenientes do tecido adiposo periovárico, particularmente no programa indutor DEX. Podemos concluir, que foram encontradas características distintas dependendo das localizações anatómicas do tecido adiposo, o que poderá estar na origem das diferenças observadas na funcionalidade das ADSCs. Além disso, os dados revelam a importância da seleção do programa indutor osteogénico mais adequado para cada população celular. Desta forma, o local de colheita do tecido adiposo deve ser tido em consideração para otimizar a funcionalidade osteogénica das ADSCs, bem como para melhorar a eficácia das terapias de regeneração óssea baseadas em ADSCs, adaptandoas especificamente a cada espécie animal.