Abstract Background Recently, accumulating evidence has shown that exosomes, the naturally secreted nanocarriers of cells, can exert therapeutic effects in various disease models in the absence of parent cells. However, application of exosomes in bone defect repair and regeneration has been rarely reported, and little is known regarding their underlying mechanisms. Methods Exosomes derived from human-induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells (hiPS-MSC-Exos) were combined with tricalcium phosphate (β-TCP) to repair critical-sized calvarial bone defects, and the efficacy was assessed by histological examination. We evaluated the in vitro effects of hiPSC-MSC-Exos on the proliferation, migration, and osteogenic differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMSCs) by cell-counting, scratch assays, and qRT-PCR, respectively. Gene expression profiling and bioinformatics analyses were also used to identify the underlying mechanisms in the repair. Results We found that the exosome/β-TCP combination scaffolds could enhance osteogenesis as compared to pure β-TCP scaffolds. In vitro assays showed that the exosomes could release from β-TCP and could be internalized by hBMSCs. In addition, the internalization of exosomes into hBMSCs could profoundly enhance the proliferation, migration, and osteogenic differentiation of hBMSCs. Furthermore, gene expression profiling and bioinformatics analyses demonstrated that exosome/β-TCP combination scaffolds significantly altered the expression of a network of genes involved in the PI3K/Akt signaling pathway. Functional studies further confirmed that the PI3K/Akt signaling pathway was the critical mediator during the exosome-induced osteogenic responses of hBMSCs. Conclusions We propose that the exosomes can enhance the osteoinductivity of β-TCP through activating the PI3K/Akt signaling pathway of hBMSCs, which means that the exosome/β-TCP combination scaffolds possess better osteogenesis activity than pure β-TCP scaffolds. These results indicate that naturally secreted nanocarriers-exosomes can be used as a bioactive material to improve the bioactivity of the biomaterials, and that hiPS-MSC-Exos combined with β-TCP scaffolds can be potentially used for repairing bone defects.

The regeneration capacity of the osteoporotic bones is generally lower than that of the normal bones. Current methods of bone defect treatment for osteoporosis are not always satisfactory. Recent studies have shown that the silicate based biomaterials can stimulate osteogenesis and angiogenesis due to the silicon (Si) ions released from the materials, and enhance bone regeneration in vivo. Other studies showed that strontium (Sr) plays a distinct role on inhibiting bone resorption. Based on the hypothesis that the combination of Si and Sr may have synergetic effects on osteoporotic bone regeneration, the porous Sr-substituted calcium silicate (SrCS) ceramic scaffolds combining the functions of Sr and Si elements were developed with the goals to promote osteoporotic bone defect repair. The effects of the ionic extract from SrCS on osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells derived from ovariectomized rats (rBMSCs-OVX), angiogenic differentiation of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) were investigated. The in vitro results showed that Sr and Si ions released from SrCS enhanced cell viability, alkaline phosphatase (ALP) activity, and mRNA expression levels of osteoblast-related genes of rBMSCs-OVX and expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) without addition of extra osteogenic and angiogenic reagents. The activation in extracellular signal-related kinases (ERK) and p38 signaling pathways were observed in rBMSCs-OVX cultured in the extract of SrCS, and these effects could be blocked by ERK inhibitor PD98059, and P38 inhibitor SB203580, respectively. Furthermore, the ionic extract of SrCS stimulated HUVECs proliferation, differentiation and angiogenesis process. The in vivo experiments revealed that SrCS dramatically stimulated bone regeneration and angiogenesis in a critical sized OVX calvarial defect model, and the enhanced bone regeneration might be attributed to the modulation of osteogenic differentiation of endogenous mesenchymal stem cells (MSCs) and the inhibition of osteoclastogenesis, accompanying with the promotion of the angiogenic activity of endothelial cells (ECs).

Oligodendroglioma is characterized by unique clinical, pathological, and genetic features. Recurrent losses of chromosomes 1p and 19q are strongly associated with this brain cancer but knowledge of the identity and function of the genes affected by these alterations is limited. We performed exome sequencing on a discovery set of 16 oligodendrogliomas with 1p/19q co-deletion to identify new molecular features at base-pair resolution. As anticipated, there was a high rate of IDH mutations: all cases had mutations in either IDH1 (14/16) or IDH2 (2/16). In addition, we discovered somatic mutations and insertions/deletions in the CIC gene on chromosome 19q13.2 in 13/16 tumours. These discovery set mutations were validated by deep sequencing of 13 additional tumours, which revealed seven others with CIC mutations, thus bringing the overall mutation rate in oligodendrogliomas in this study to 20/29 (69%). In contrast, deep sequencing of astrocytomas and oligoastrocytomas without 1p/19q loss revealed that CIC alterations were otherwise rare (1/60; 2%). Of the 21 non-synonymous somatic mutations in 20 CIC-mutant oligodendrogliomas, nine were in exon 5 within an annotated DNA-interacting domain and three were in exon 20 within an annotated protein-interacting domain. The remaining nine were found in other exons and frequently included truncations. CIC mutations were highly associated with oligodendroglioma histology, 1p/19q co-deletion, and IDH1/2 mutation (p < 0.001). Although we observed no differences in the clinical outcomes of CIC mutant versus wild-type tumours, in a background of 1p/19q co-deletion, hemizygous CIC mutations are likely important. We hypothesize that the mutant CIC on the single retained 19q allele is linked to the pathogenesis of oligodendrogliomas with IDH mutation. Our detailed study of genetic aberrations in oligodendroglioma suggests a functional interaction between CIC mutation, IDH1/2 mutation, and 1p/19q co-deletion.

Summary Selenite is a predominant form of selenium (Se) available to plants, especially in anaerobic soils, but the molecular mechanism of selenite uptake by plants is not well understood. ltn1 , a rice mutant previously shown to have increased phosphate (Pi) uptake, was found to exhibit higher selenite uptake than the wild‐type in both concentration‐ and time‐dependent selenite uptake assays. Respiratory inhibitors significantly inhibited selenite uptake in the wildtype and the ltn1 mutant, indicating that selenite uptake was coupled with H + and energy‐dependent. Selenite uptake was greatly enhanced under Pi‐starvation conditions, suggesting that Pi transporters are involved in selenite uptake. OsPT2 , the most abundantly expressed Pi transporter in the roots, is also significantly up‐regulated in ltn1 and dramatically induced by Pi starvation. OsPT2 ‐ overexpressing and knockdown plants displayed significantly increased and decreased rates of selenite uptake, respectively, suggesting that OsPT2 plays a crucial role in selenite uptake. Se content in rice grains also increased significantly in OsPT2 ‐ overexpressing plants. These data strongly demonstrate that selenite and Pi share similar uptake mechanisms and that OsPT2 is involved in selenite uptake, which provides a potential strategy for breeding Se‐enriched rice varieties.

A simple procedure at room temperature using non-toxic and cost-effective precursors has been developed to prepare magnetic Prussian blue/graphene oxide (PB/Fe3O4/GO) nanocomposites for the removal of radioactive cesium in water. Taking advantage of the combined benefits of GO and magnetic PB nanoparticles, PB/Fe3O4/GO nanocomposites exhibit excellent removal efficiency (over 90% for 50 ppm Cs+) and rapid separation from an aqueous solution by an external magnetic field. In addition, the adsorption behavior of these adsorbents fits well with the Langmuir isotherm and the pseudo-second-order kinetic model. Sorption of 70.25% Cs+ to PB/Fe3O4/GO was finished in less than 30 min, and the maximum adsorption capacity was 55.56 mg g−1. The improved adsorption efficiency and capacity of PB/Fe3O4/GO can be attributed to the anchoring technology, which reduced the aggregation of nanoparticles and increased the effective adsorption surface of the adsorbent. These nanocomposites present a high selectivity to Cs+ and extract it in trace amounts. The removal mechanism of Cs+ was revealed for the first time to be H+-exchange and/or ion trapping. The temperature and pH value both affect the sorption performance. The composites were stable in natural water, seawater, and acidic/basic solutions ranging from pH = 4 (HNO3) to 10 (NaOH) with negligible leaching of Fe.

Abstract Exosomes are nanosized membrane vesicles (30–100 nm) that can easily penetrate the blood–brain barrier, safely deliver therapeutic drugs, and be modified with target ligands. Embryonic stem cells (ESCs) provide abundant exosome sources for clinical application due to their almost unlimited self‐renewal. Previous studies show that exosomes secreted by ESCs (ESC‐exos) have antitumor properties. However, it is not known whether ESC‐exos inhibit glioblastoma (GBM) growth. In this study, the anti‐GBM effect of ESC‐exos is confirmed and then c(RGDyK)‐modified and paclitaxel (PTX)‐loaded ESC‐exos, named cRGD‐Exo‐PTX are prepared. It is then investigated whether the engineered exosomes deliver more efficiently to GBM cells versus free drug alone and drug‐loaded ESC‐exos using an in vitro GBM model and in vivo subcutaneous and orthotopic xenografts model. The results show that cRGD‐Exo‐PTX significantly improves the curative effects of PTX in GBM via enhanced targeting. These data indicate that ESC‐exos are potentially powerful therapeutic carriers for GBM and could have utility in many other diseases.