The role of grapefruit-derived extracellular nanovesicles in preventing oxidative stress-induced cellular senescence in human mesenchymal adipose-derived stem cells
Creators: name: Μπακούτση, Μαρία Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Βλαστοκύτταρα
Κυτταρική γήρανση
Νανοκυστίδια
Stem cells
Cellular senescence
Nanovesicles

description: According to the disease criteria of the International Classification of Diseases-11, biological aging is considered a disease. Biological aging is characterized by progressive homeostasis imbalance, loss of physiological integrity, and tissue dysfunction. During aging, cells are exposed to several stressful and damaging factors leading to cell cycle arrest. These cells are called senescent cells. There is increasing evidence that premature cellular senescence stimulated by oxidative stress leads to the development of many age-related diseases which results in decreased lifespan and inflammaging. Senescence-associated secretory phenotype (SASP) is an aftermath of insisting unrepaired damage and is the node between cellular senescence and age-related pathologies. SASP is a bioactive secretome and is characterized by the secretion of proinflammatory cytokines, chemokines, growth factors, and proteases. Extracellular nanovesicles are membrane nanoparticles secreted from all cells and organisms. Plant-derived nanovesicles (PDNVs) are gaining ground in the field of nanomedicine and are evaluated as a new and promising therapeutic tool. PDNVs contribute to interspecies and cell-to-cell communication and are noticeably abundant, edible, biocompatible, and biodegradable. In this work, PDNVs were isolated from grapefruit juice, notably, not by ultracentrifugation, but with differential centrifugation using PEG8000. PDVNs were quantified using the Bradford method and visualized with Scattering Electron Microscopy (SEM), confirming their cup-shaped morphology. Also, it was demonstrated that grapefruit-derived nanovesicles (GrDNVs) exhibit antioxidant activity, can decrease the SASP secretome, and affect the expression of senescence-associated genes. Human adipose-derived stem cells (ADSCs) were exposed to Η₂Ο₂ to induce ROS-induced cellular senescence and they were further incubated with grapefruit-derived nanovesicles. It was shown that in senescent ADSCs exposed to GrDNVs, the relative expression of Sirt1 is increased, while p53 is reduced compared to senescent ADSCs. IL-8 secreted in the cell culture supernatant was also decreased. Overall, this study suggests that grapefruit-derived nanovesicles have antioxidant properties that can decrease senescent cells' secretome, making them a potential tool for anti-aging strategies.
description: Σύμφωνα με τα κριτήρια ασθενειών της Διεθνούς Ταξινόμησης Νοσημάτων-11, η γήρανση θεωρείται, πλέον, ασθένεια. Η γήρανση χαρακτηρίζεται από προοδευτική διατάραξη της ομοιόστασης του οργανισμού και απώλεια της φυσιολογικής λειτουργίας των ιστών. Κατά τη διάρκεια της γήρανσης, τα κύτταρα εκτίθενται σε αρκετούς στρεσογόνους και επιβλαβείς παράγοντες που οδηγούν σε παύση του κυτταρικού κύκλου. Υπάρχουν ολοένα και περισσότερες μελέτες που αποδεικνύουν ότι η πρόωρη κυτταρική γήρανση που διεγείρεται από το οξειδωτικό στρες οδηγεί στην ανάπτυξη πολλών ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία, με αποτέλεσμα τη μείωση της διάρκειας ζωής του ατόμου και τη φλεγμονή. Ο εκκριτικός φαινότυπος που σχετίζεται με τη γήρανση (SASP) είναι αποτέλεσμα παρατεταμένου επιβλαβούς ερεθίσματος και είναι ο κόμβος μεταξύ της κυτταρικής γήρανσης και των παθολογιών που σχετίζονται με την ηλικία. Το SASP αποτελεί έναν εκκριτικό φαινότυπο που χαρακτηρίζεται από την έκκριση προφλεγμονωδών κυτοκινών, χημειοκινών, αυξητικών παραγόντων και πρωτεασών. Τα εξωκυτταρικά νανοκυστίδια είναι νανοσωματίδια που περικλείονται από μεμβρανική διπλοστοιβάδα και εκκρίνονται από όλα τα κύτταρα και τους οργανισμούς. Τα νανοκυστίδια που προέρχονται από φυτά (Plant-Derived-Extracellular Vesicles-PDNV) κερδίζουν έδαφος στον τομέα της νανοϊατρικής και θεωρούνται ένα νέο και πολλά υποσχόμενο θεραπευτικό εργαλείο. Τα PDNV συμβάλλουν στην επικοινωνία μεταξύ των ειδών και στην διακυτταρική επικοινωνία. Επίσης, μπορούν να απομονωθούν σε μεγάλες ποσότητες, ενώ παράλληλα είναι βρώσιμα, βιοσυμβατά και βιοδιασπώμενα. Σε αυτή την εργασία, τα PDNVs απομονώθηκαν από χυμό γκρέιπφρουτ, όχι με υπερφυγοκέντρηση, αλλά με διαφορική φυγοκέντρηση χρησιμοποιώντας τον παράγοντα κατακρήμνισης PEG8000. Τα PDNVs ποσοτικοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Bradford και οπτικοποιήθηκαν με τη χρήση ηλεκτρονιακού μικροσκοπίου σάρωσης, επιβεβαιώνοντας τη μορφολογία τους. Επίσης, αποδείχθηκε ότι τα νανοκυστίδια που προέρχονται από γκρέιπφρουτ (GrDNVs) παρουσιάζουν αντιοξειδωτική δράση, μπορούν να μετριάσουν τον εκκριτικό φαινότυπο της γήρανσης και να επηρεάσουν την έκφραση των γονιδίων που σχετίζονται με τη γήρανση. Ανθρώπινα βλαστοκύτταρα λιπώδους ιστού εκτέθηκαν σε Η2Ο2, για να προκαλέσουν κυτταρική γήρανση που προκαλείται από δραστικές ρίζες οξυγόνου και στη συνέχεια επωάστηκαν με νανοκυστίδια που προέρχονται από γκρέιπφρουτ. Φάνηκε ότι στα γερασμένα βλαστοκύτταρα που εκτέθηκαν σε GrDNV, η έκφραση του γονιδίου Sirt1 ήταν αυξημένη, ενώ του TP53 μειώθηκε σε σύγκριση με τα γερασμένα βλαστοκύτταρα. Τα επίπεδα της εκκρινόμενης ιντερλευκίνης-8 (IL-8) ήταν επίσης μειωμένα. Συνοπτικά, αυτή η μελέτη υποδεικνύει ότι τα νανοκυστίδια που προέρχονται από γκρέιπφρουτ έχουν αντιοξειδωτικές ιδιότητες που μπορούν να μετριάσουν τον εκκριτικό φαινότυπο των γερασμένων κυττάρων, καθιστώντας τα ένα πιθανό εργαλείο στην καταπολέμηση της γήρανσης.