Populations of marrow stromal fibroblasts (MSFs) can differentiate into functional osteoblasts and form bone in vivo. It is not known, however, what proportion of MSF precursor cells, colony forming units-fibroblast (CFU-Fs), have osteogenic potential. In the present study, analysis of bone formation in vivo by single-colony derived strains of human marrow stromal fibroblasts (HMSFs) has been performed for the first time. Each strain originated from an individual CFU-F and underwent four passages in vitro prior to subcutaneous implantation into immunodeficient mice within vehicles containing hydroxyapatite-tricalcium phosphate ceramic. Multicolony derived HMSF strains were also transplanted to serve as positive controls. After 8 weeks, abundant bone formation was found in the transplants of all multicolony derived HMSF strains, whereas 20 out of 34 (58.8%) single-colony derived strains from four donors formed bone. Immunostaining with antibody directed against human osteonectin and in situ hybridization for human-specific alu sequences demonstrated that cells forming new bone were of human origin and were vital for at least 45 weeks post-transplantation. Both the incidence of bone-forming colonies and the extent of bone formation by single-colony derived HMSF strains were increased by cultivation with dexamethasone and ascorbic acid phosphate. Other factors, including type of transplantation vehicle, morphology, size, and structure of the original HMSF colonies showed no obvious correlation with the incidence or extent of bone formation. Hematopoietic tissue within the newly formed bone was developed in the transplants exhibiting exuberant bone formation. These results provide evidence that individual human CFU-Fs have osteogenic potential and yet differ from each other with respect to their osteogenic capacity.

We report the isolation of adherent, clonogenic, fibroblast-like cells with osteogenic and adipogenic potential from the blood of four mammalian species. These cells phenotypically resemble but are distinguishable from skeletal stem cells found in bone marrow (stromal stem cells, “mesenchymal stem cells”). The osteogenic potential of the blood-borne cells was proven by an in vivo transplantation assay in which either polyclonal or single colony–derived strains were transplanted into the subcutis of immunocompromised mice, and the donor origin of the fully differentiated bone cells was proven using species-specific probes. This is the first definitive proof of the existence of circulating skeletal stem cells in mammals.

Disruption of an atherosclerotic plaque in a coronary artery followed by the formation of a thrombus is believed to be the cause of both unstable angina and acute myocardial infarction. Although thrombolytic therapy is efficacious in patients with acute myocardial infarction, for unknown reasons it is far less effective in patients with unstable angina. We postulated that there might be differences in the composition of the coronary-artery thrombi in unstable angina and acute myocardial infarction.

Background. Marrow stromal fibroblasts (MSFs) are known to contain bone precursor cells. However, the osteogenic potential of human MSFs has been poorly characterized. The aim of this study was to compare the osteogenic capacity of mouse and human MSFs after implantation in vivo. Methods. After in vitro expansion, MSFs were loaded into a number of different vehicles and transplanted subcutaneously into immunodeficient mice. Results. Mouse MSFs transplanted within gelatin, polyvinyl sponges, and collagen matrices all formed a capsule of cortical-like bone surrounding a cavity with active hematopoiesis. In transplants of MSFs from transgenic mice harboring type I procollagen-chloramphenicol acetyltransferase constructs, chloramphenicol acetyltransferase activity was maintained for up to 14 weeks, indicating prolonged bone formation by transplanted MSFs. New bone formation by human MSFs was more dependent on both the in vitro expansion conditions and transplantation vehicles. Within gelatin, woven bone was observed sporadically and only after culture in the presence of dexamethasone and L-ascorbic acid phosphate magnesium salt n-hydrate. Consistent bone formation by human MSFs was achieved only within vehicles containing hydroxyapatite/tricalcium phosphate ceramics (HA/TCP) in the form of blocks, powder, and HA/TCP powder-type I bovine fibrillar collagen strips, and bone was maintained for at least 19 weeks. Cells of the new bone were positive for human osteonectin showing their donor origin. HA/TCP powder, the HA/TCP powder-type I bovine fibrillar collagen strips, and HA/TCP powder held together with fibrin were easier to load and supported more extensive osteogenesis than HA/TCP blocks and thus may be more applicable for therapeutic use. Conclusions. In this article, we describe the differences in the requirements for mouse and human MSFs to form bone, and report the development of a methodology for the consistent in vivo generation of extensive bone from human MSFs.

Abstract Amyloid β-protein (Aβ) may contribute to worsening of Alzheimer’s disease (AD) through vascular dysfunction, but the actual molecular mechanisms remain controversial. Using ex-vivo blood vessels and primary endothelial cells derived from human brain microvessels, we revealed that patient-derived Aβ assemblies, termed amylospheroids (ASPD), exist on the microvascular surface in patient brains and inhibit vasorelaxation through binding to the α3 subunit of sodium, potassium-ATPase (NAKα3) on endothelial cells. Interestingly, NAKα3 also serves as the toxic target of ASPD in neurons. ASPD elicit neurodegeneration through calcium overload, while ASPD suppress vasorelaxation by inhibiting nitric oxide (NO) production. ASPD-NAKα3 interaction on cerebrovascular endothelial cells disturbs the NO release by inactivating endothelial NO synthase through mitochondrial reactive oxygen species and protein kinase C. The findings suggest that ASPD may dually contribute to neuronal and vascular pathologies through binding to NAKα3. Thus, blocking the ASPD-NAKα3 interaction may be a useful target for AD therapy.