Abstract Background Cartilage progenitor cells (CPCs) are a small but highly proliferative cell population that resides within cartilage. Joint cartilage CPCs have a high chondrogenic potential and superior cartilage formation characteristics; however, CPCs from other cartilage sources more accessible for translation such as ear, nose, and rib are broadly unexplored. Our study illuminates the differences between CPCs from these four cartilages, their corresponding tissue chondrocyte (CC), and bone marrow-derived mesenchymal stem cell (MSC). Methods CPCs subtypes were isolated from pediatric cartilage via fibronectin selection, immunophenotyped by flow cytometry and compared to MSCs. Trilineage differentiation capacity was assessed via histology and qRT-PCR. Next, triiodothyronine was used to hypertrophically challenge each CPC subset and their corresponding chondrocyte population. After 28 days cartilage pellets were assessed via histology, immunohistochemistry, and qRT-PCR. Findings Each CPC subset possessed a specific immunophenotypic signature with CD56 as a potential common marker. All CPC subsets proliferated 2-fold faster than MSCs and 4-fold faster than CCs. Additionally, CPCs had a substantially reduced propensity for osteogenic differentiation and very limited adipogenic capacity by histology and gene expression. Finally, all CPC subsets resisted the hypertrophic challenge more than the corresponding chondrocyte population marked by less collagen X secretion and downregulation of hypertrophy associated genes. Interpretation CPCs represent a promising cell type for cartilage regeneration. The ease of accessibility of the ear and nose CPCs present opportunities for new translational approaches and reduced clinical timelines. Funding CHOP Research Institute, Frontier Program in Airway Disorders of CHOP, NIH (R21HL159521), NSF-GRFP (DGE-1845298)

ABSTRACT Severe subglottic stenosis develops in over 20,000 infants per year and requires laryngotracheal reconstruction (LTR) to enlarge the airway by implanting autologous cartilage from a rib graft. However, young children often lack sufficiently sized costal cartilage resulting in increased donor site morbidity and operative time, as well as an elevated risk for airway restenosis necessitating revision surgery. To overcome these limitations, we have created a first-of-its-kind scaffold based on porcine meniscal cartilage decellularization (MEND) by selectively digesting the elastin and blood vessels uniquely present in the meniscus to create microchannels that support cellular re-invasion. Here we demonstrated that MEND can be fully recellularized in 3 days with ear-derived cartilage progenitor cells (eCPCs) and reaches structural and functional maturation suitable for implant within 3 weeks of chondrogenic differentiation, a time frame compatible with clinical translation, a first in airway tissue engineering. To further this therapy toward clinical translation, we validated the eCPCs-MEND grafts in a New Zealand white rabbit LTR model. Our results demonstrated airway expansion, graft re-epitheliazation, neocartilage formation, and integration with adjacent native laryngotracheal cartilage, notably at a higher degree than the standard of care of autologous costal cartilage. No instances of adverse events of extrusion, granulation, infection, or calcification were observed in any of the 38 rabbits of our 3 months study. These results demonstrate the feasibility of our translational tissue engineering approach to laryngotracheal reconstruction and could overcome the autograft-associated limitations in pediatric patients and a decrease the risk of invasive revision surgery.

Though crucial for natural bone healing, local calcium ion (Ca

ABSTRACT The increased local concentration of calcium ions (Ca 2+ ) and phosphate (P i ), a natural body process for bone healing and remodeling, as well as local delivery of these ions as signaling molecules by synthetic bone graft substitutes, may lead to cytotoxic ion levels that can result in Ca 2+ / P i mitochondria overload, oxidative stress, and cell death. In this research, the effect of H 2 S as a cytoprotective signaling molecule to increase the tolerance of mesenchymal stem cells (MSCs) in the presence of cytotoxic level of Ca 2+ /P i was evaluated. Different concentrations of sodium hydrogen sulfide (NaSH), a fast-releasing H 2 S donor, were exposed to cells in order to evaluate the influence of H 2 S on MSC proliferation. The results suggested that a range of NaSH ( i.e ., 0.25 - 4 mM NaSH) was non-cytotoxic and could improve cell proliferation and differentiation in the presence of cytotoxic levels of Ca 2+ (32 mM) and/or P i (16 mM). To controllably deliver H 2 S over time, a novel donor molecule in thioglutamic acid (GluSH) was synthesized and evaluated for its H 2 S release profile. Excitingly, GluSH successfully maintained cytoprotective level of H 2 S over 7 days. Furthermore, MSCs exposed to cytotoxic Ca 2+ /P i concentrations in the presence of GluSH were able to thrive and differentiate into osteoblasts. These findings suggest that the incorporation of a sustained H 2 S donor such as GluSH into CaP-based bone substitutes can facilitate considerable cytoprotection making it an attractive option for complex bone regenerative engineering applications.