It is here reported that mesenchymal stem cells known to give rise to limb-bud mesoderm can, at the single-cell level, also differentiate into cells of visceral mesoderm and can be expanded extensively by means of clinically applicable methods. These cells were named mesodermal progenitor cells (MPCs). MPCs were selected by depleting bone marrow mononuclear cells from more than 30 healthy human donors of CD45(+)/glycophorin-A (GlyA)(+) cells. Cells were cultured on fibronectin with epidermal growth factor and platelet-derived growth factor BB and 2% or less fetal calf serum. It was found that 1/5 x 10(3) CD45(-)GlyA(-) cells, or 1/10(6) bone marrow mononuclear cells, gave rise to clusters of small adherent cells. Cell-doubling time was 48 to 72 hours, and cells have been expanded in culture for more than 60 cell doublings. MPCs are CD34(-), CD44(low), CD45(-), CD117 (cKit)(-), class I-HLA(-), and HLA-DR(-). MPCs differentiated into cells of limb-bud mesoderm (osteoblasts, chondrocytes, adipocytes, stroma cells, and skeletal myoblasts) as well as visceral mesoderm (endothelial cells). Retroviral marking was used to definitively prove that single MPCs can differentiate into cells of limb bud and visceral mesoderm. Thus, MPCs that proliferate without obvious senescence under clinically applicable conditions and differentiate at the single-cell level not only into mesenchymal cells but also cells of visceral mesoderm may be an ideal source of stem cells for treatment of genetic or degenerative disorders affecting cells of mesodermal origin.

We have derived from normal human, mouse, and rat postnatal bone marrow primitive, multipotent adult progenitor cells (MAPCs) that can differentiate into most mesodermal cells and neuroectodermal cells in vitro and into all embryonic lineages in vivo. Here, we show that MAPCs can also differentiate into hepatocyte-like cells in vitro. Human, mouse, and rat MAPCs, cultured on Matrigel with FGF-4 and HGF, differentiated into epithelioid cells that expressed hepatocyte nuclear factor-3beta (HNF-3beta), GATA4, cytokeratin 19 (CK19), transthyretin, and alpha-fetoprotein by day 7, and expressed CK18, HNF-4, and HNF-1alpha on days 14-28. Virtually all human, as well as a majority of rodent cells stained positive for albumin and CK18 on day 21; 5% (rodent) to 25% (human) cells were binucleated by day 21. These cells also acquired functional characteristics of hepatocytes: they secreted urea and albumin, had phenobarbital-inducible cytochrome p450, could take up LDL, and stored glycogen. MAPCs, which can be expanded in vitro and maintained in an undifferentiated state for more than 100 population doublings, can thus differentiate into cells with morphological, phenotypic, and functional characteristics of hepatocytes. MAPCs may therefore be an ideal cell for in vivo therapies for liver disorders or for use in bioartificial liver devices.

We have derived from normal human, mouse, and rat postnatal bone marrow primitive, multipotent adult progenitor cells (MAPCs) that can differentiate into most mesodermal cells and neuroectodermal cells in vitro and into all embryonic lineages in vivo. Here, we show that MAPCs can also differentiate into hepatocyte-like cells in vitro. Human, mouse, and rat MAPCs, cultured on Matrigel with FGF-4 and HGF, differentiated into epithelioid cells that expressed hepatocyte nuclear factor-3β (HNF-3β), GATA4, cytokeratin 19 (CK19), transthyretin, and α-fetoprotein by day 7, and expressed CK18, HNF-4, and HNF-1α on days 14–28. Virtually all human, as well as a majority of rodent cells stained positive for albumin and CK18 on day 21; 5% (rodent) to 25% (human) cells were binucleated by day 21. These cells also acquired functional characteristics of hepatocytes: they secreted urea and albumin, had phenobarbital-inducible cytochrome p450, could take up LDL, and stored glycogen. MAPCs, which can be expanded in vitro and maintained in an undifferentiated state for more than 100 population doublings, can thus differentiate into cells with morphological, phenotypic, and functional characteristics of hepatocytes. MAPCs may therefore be an ideal cell for in vivo therapies for liver disorders or for use in bioartificial liver devices.

In X-linked adrenoleukodystrophy, mutations in ABCD1 lead to loss of function of the ALD protein. Cerebral adrenoleukodystrophy is characterized by demyelination and neurodegeneration. Disease progression, which leads to loss of neurologic function and death, can be halted only with allogeneic hematopoietic stem-cell transplantation.

Recessive dystrophic epidermolysis bullosa is an incurable, often fatal mucocutaneous blistering disease caused by mutations in COL7A1, the gene encoding type VII collagen (C7). On the basis of preclinical data showing biochemical correction and prolonged survival in col7 −/− mice, we hypothesized that allogeneic marrow contains stem cells capable of ameliorating the manifestations of recessive dystrophic epidermolysis bullosa in humans.Between October 2007 and August 2009, we treated seven children who had recessive dystrophic epidermolysis bullosa with immunomyeloablative chemotherapy and allogeneic stem-cell transplantation. We assessed C7 expression by means of immunofluorescence staining and used transmission electron microscopy to visualize anchoring fibrils. We measured chimerism by means of competitive polymerase-chain-reaction assay, and documented blister formation and wound healing with the use of digital photography.One patient died of cardiomyopathy before transplantation. Of the remaining six patients, one had severe regimen-related cutaneous toxicity, with all having improved wound healing and a reduction in blister formation between 30 and 130 days after transplantation. We observed increased C7 deposition at the dermal-epidermal junction in five of the six recipients, albeit without normalization of anchoring fibrils. Five recipients were alive 130 to 799 days after transplantation; one died at 183 days as a consequence of graft rejection and infection. The six recipients had substantial proportions of donor cells in the skin, and none had detectable anti-C7 antibodies.Increased C7 deposition and a sustained presence of donor cells were found in the skin of children with recessive dystrophic epidermolysis bullosa after allogeneic bone marrow transplantation. Further studies are needed to assess the long-term risks and benefits of such therapy in patients with this disorder. (Funded by the National Institutes of Health; ClinicalTrials.gov number, NCT00478244.)

Previous research has suggested that human herpesvirus-6 (HHV-6) may integrate into host cell chromosomes and be vertically transmitted in the germ line, but the evidence—primarily fluorescence in situ hybridization (FISH)—is indirect. We sought, first, to definitively test these two hypotheses. Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were isolated from families in which several members, including at least one parent and child, had unusually high copy numbers of HHV-6 DNA per milliliter of blood. FISH confirmed that HHV-6 DNA colocalized with telomeric regions of one allele on chromosomes 17p13.3, 18q23, and 22q13.3, and that the integration site was identical among members of the same family. Integration of the HHV-6 genome into TTAGGG telomere repeats was confirmed by additional methods and sequencing of the integration site. Partial sequencing of the viral genome identified the same integrated HHV-6A strain within members of families, confirming vertical transmission of the viral genome. We next asked whether HHV-6A infection of naïve cell lines could lead to integration. Following infection of naïve Jjhan and HEK-293 cell lines by HHV-6, the virus integrated into telomeres. Reactivation of integrated HHV-6A virus from individuals’ PBMCs as well as cell lines was successfully accomplished by compounds known to induce latent herpesvirus replication. Finally, no circular episomal forms were detected even by PCR. Taken together, the data suggest that HHV-6 is unique among human herpesviruses: it specifically and efficiently integrates into telomeres of chromosomes during latency rather than forming episomes, and the integrated viral genome is capable of producing virions.

Present adoptive immunotherapy strategies are based on the re-targeting of autologous T-cells to recognize tumor antigens. As T-cell properties may vary significantly between patients, this approach can result in significant variability in cell potency that may affect therapeutic outcome. More consistent results could be achieved by generating allogeneic cells from healthy donors. An impediment to such an approach is the endogenous T-cell receptors present on T-cells, which have the potential to direct dangerous off-tumor antihost reactivity. To address these limitations, we assessed the ability of three different TCR-α-targeted nucleases to disrupt T-cell receptor expression in primary human T-cells. We optimized the conditions for the delivery of each reagent and assessed off-target cleavage. The megaTAL and CRISPR/Cas9 reagents exhibited the highest disruption efficiency combined with low levels of toxicity and off-target cleavage, and we used them for a translatable manufacturing process to produce safe cellular substrates for next-generation immunotherapies. Present adoptive immunotherapy strategies are based on the re-targeting of autologous T-cells to recognize tumor antigens. As T-cell properties may vary significantly between patients, this approach can result in significant variability in cell potency that may affect therapeutic outcome. More consistent results could be achieved by generating allogeneic cells from healthy donors. An impediment to such an approach is the endogenous T-cell receptors present on T-cells, which have the potential to direct dangerous off-tumor antihost reactivity. To address these limitations, we assessed the ability of three different TCR-α-targeted nucleases to disrupt T-cell receptor expression in primary human T-cells. We optimized the conditions for the delivery of each reagent and assessed off-target cleavage. The megaTAL and CRISPR/Cas9 reagents exhibited the highest disruption efficiency combined with low levels of toxicity and off-target cleavage, and we used them for a translatable manufacturing process to produce safe cellular substrates for next-generation immunotherapies.