Copper-induced liver fibrosis affects the behavior of bone marrow cells in primary culture

Abstract

BACKGROUND:The present study investigated the effects of low-molecular-weight components of bovine colostrum (LMCC), which were administeredper os, on the differentiation, growth, and survival of cells obtained from the bone marrow of rats in primary culture.

METHODS: Bone marrow cells (BMCs) were obtained from both the rat femurs and were cultured in medium 199 supplemented with antibiotics (8% streptomycin and 8% gentamycin) and 20% inactivated fetal calf serum. In addition, the number of BMCs was counted and their morphotypes were determined.

RESULTS: Animals were treated with copper (Cu) sulfate to induce liver fibrosis. Subsequent treatment with LMCC eliminated growth inhibition and normalized the bodyweight and temperature of animals with Cu-induced liver fibrosis. The number of lymphocytes in the bone marrow of animals with Cu-induced liver fibrosis was significantly higher than that in the bone marrow of control animals. The number of neutrophils in untreated animals with liver fibrosis and LMCC-treated animals with liver fibrosis was lower than that in control animals. Neutrophils obtained from untreated animals with liver fibrosis and LMCC-treated animals with liver fibrosis underwent two-times faster degradationin vitro than neutrophils obtained from control animals.

CONCLUSIONS: Our results indicate that LMCC affects the distribution of different morphological types of BMCs but does not prevent their degradationin vitro, which was two-times faster than that of BMCs obtained from control animals.

Keywords

bone marrow cells / bone marrow / colostrum / liver fibrosis

References

[1] Al-Nbaheen M, Vishnubalaji  R, Ali D ,  Bouslimi A ,  Al-Jassir F ,  Megges M ,  Prigione A ,  Adjaye J ,  Kassem M ,  Aldahmash A  (2013). Human stromal (mesenchymal) stem cells from bone marrow, adipose tissue and skin exhibit differences in molecular phenotype and differentiation potential. Stem Cell Rev, 9(1): 32–43

[2] Alaribe F N, Mazzoni  E, Rigolin G M ,  Rizzotto L ,  Maniero S ,  Pancaldi C ,  Manfrini M ,  Martini F ,  Tognon M G  (2013). Extended lifespan of normal human B lymphocytes experimentally infected by SV40 or transfected by SV40 large T antigen expression vector. Leuk Res, 37(6): 681–689

[3] Bagwe S, Tharappel  L J P, Kaur  G, Buttar H S  (2015). Bovine colostrum: an emerging nutraceutical. J Complement Integr Med, 12(3): 175–185

[4] Blach-Olszewska Z, Zaczynska  E, Gustaw-Rothenberg K, Avila-Rodrigues M ,  Barreto G E ,  Leszek J ,  Aliev G  (2015). The Innate Immunity in Alzheimer Disease- Relevance to Pathogenesis and Therapy. Curr Pharm Des, 21(25): 3582–3588

[5] Bozhkov A, Padalko  V, Dlubovskaya V ,  Menzianova N  (2010). Resistance to heavy metal toxicity in organisms under chronic exposure. Indian J Exp Biol, 48(7): 679–696

[6] Bozhkov A I, Kabachnyy  V I, Kolot  N V, Bondar’  A Yu, Chumak  I V (2014). Hormesis effect and the influence of ultra-low glycosides doses on the bone marrow cells proliferative activity in culture. Journal of Harmonized Research in Pharmacy, 3: 154–166

[7] Bozhkov A I, Klimova  E M, Nikitchenko  Y V, Davydov  V V, Zvyagintseva  O V, Kurguzova  N I, Sidorov  V I, Naglov  A V (2014). Stem cells take part in regulation of prooxidant activity and immunity at liver fibrosis. American Journal of Biomedical and Life Sciences: Special Issue: Mechanisms of Protection Against Oxidative Stress, 2: 5–12

[8] Bozhkov A I, Linkevich  O S, Ivanov  E G, Klimova  O M and Mohammad  A Y (2016). Low molecular weight components of colostrums regulate the activity of cellular component of the immune system in animals with Cu-induced liver fibrosis. International Journal of Current Research, 8: 44129–44137

[9] Bozhkov A I, Sidorov  V I, Kurguzova  N I, Dlubovskaia  V L (2014). Metabolic memory enhances hormesis effect to the copper ions in age-depended manner. Adv Gerontol, 27(1): 72–80

[10] Cichoż-Lach H ,  Michalak A  (2014). Oxidative stress as a crucial factor in liver diseases. World J Gastroenterol, 20(25): 8082–8091

[11] Conneely M, Berry  D P, Murphy  J P, Lorenz  I, Doherty M L ,  Kennedy E  (2014). Effect of feeding colostrum at different volumes and subsequent number of transition milk feeds on the serum immunoglobulin G concentration and health status of dairy calves. J Dairy Sci, 97(11): 6991–7000

[12] Conneely M, Berry  D P, Sayers  R, Murphy J P ,  Lorenz I ,  Doherty M L ,  Kennedy E  (2013). Factors associated with the concentration of immunoglobulin G in the colostrum of dairy cows. Animal, 7(11): 1824–1832

[13] Council Directive 86/609/EEC of 24 November 1986 on the approximation of laws, regulations and administrative provisions of the Member States regarding the protection of animals used for experimental and other scientific purposes. Council of European Communities; L 358:0001–0028.

[14] Ding L, Morrison  S J (2013). Haematopoietic stem cells and early lymphoid progenitors occupy distinct bone marrow niches. Nature, 495(7440): 231–235

[15] Folch J, Petrov  D, Ettcheto M ,  Abad S, Sánchez-López  E, García M L ,  Olloquequi J ,  Beas-Zarate C ,  Auladell C ,  Camins A  (2016). Current Research Therapeutic Strategies for Alzheimer’s Disease Treatment. Neural Plast, 2016: 8501693

[16] Ganai A A, Husain  M (2017). Genistein attenuates D-GalN induced liver fibrosis/chronic liver damage in rats by blocking the TGF-β/Smad signaling pathways. Chem Biol Interact, 261: 80–85

[17] Greim H, Kaden  D A, Larson  R A, Palermo  C M, Rice  J M, Ross  D, Snyder R  (2014). The bone marrow niche, stem cells, and leukemia: impact of drugs, chemicals, and the environment. Ann N Y Acad Sci, 1310(1): 7–31

[18] Javazon E H, Beggs  K J, Flake  A W (2004). Mesenchymal stem cells: paradoxes of passaging. Exp Hematol, 32(5): 414–425

[19] Kidd S, Spaeth  E, Watson K ,  Burks J ,  Lu H, Klopp  A, Andreeff M ,  Marini F C  (2012). Origins of the tumor microenvironment: quantitative assessment of adipose-derived and bone marrow-derived stroma. PLoS One, 7(2): e30563

[20] Kochs L, Wegener  S, Sühnel A ,  Voigt K ,  Zettl U K  (2014). The use of complementary and alternative medicine in patients with multiple sclerosis: a longitudinal study. Complement Ther Med, 22(1): 166–172

[21] Kolaczkowska E, Kubes  P (2013). Neutrophil recruitment and function in health and inflammation. Nat Rev Immunol, 13(3): 159–175

[22] Krause D S, Fulzele  K, Catic A ,  Sun C C ,  Dombkowski D ,  Hurley M P ,  Lezeau S ,  Attar E ,  Wu J Y ,  Lin H Y ,  Divieti-Pajevic P ,  Hasserjian R P ,  Schipani E ,  Van Etten R A ,  Scadden D T  (2013). Differential regulation of myeloid leukemias by the bone marrow microenvironment. Nat Med, 19(11): 1513–1517

[38] Kurguzova N I ,  Bozhkov A I ,  Nikitchenko Y V ,  Al Begai MA Y ,  Goltvyansky A V ,  Alsardia MM A ,  Bozhkov A A  (2015). Interconnection of antitoxic and antioxidant systems of the organism under the action of natural low molecular complex – fungidolAm J Biomed Life Sci, 2: 25–32

[23] Natalia Igorevna Kurguzova ,  Anatoliy Ivanovich Bozhkov ,  Yuriy Viktorovich Nikitchenko ,  Mohammad Ali Yousef Al Begai ,  Anatoliy Vladimirovich Goltvyansky ,  Mohammad Morshed  Ayed Alsardia ,  Andrew  Anatolievich Bozhkov  (2015). Interconnection of Antitoxic and Antioxidant Systems of the Organism under the Action of Natural Low Molecular Complex – Fungidol. American Journal of Biomedical and Life Sciences. Special Issue: Mechanisms of Protection against Oxidative Stress; 2: 25–32

[39] Mathias R, Müller  K, Sangild P T ,  Husby S  (2014). Clinical applications of bovine colostrum therapy: a systematic review. Nutr Rew, 72: 273–254

[24] Meena L (2013). Colostrum- its Composition, Benefits as a Nutraceutical- A Review. Curr Res Nutr Food Sci, 1(1): 37–47

[25] Morrison S J, Scadden  D T (2014). The bone marrow niche for haematopoietic stem cells. Nature, 505(7483): 327–334

[26] Nwajei F, Konopleva  M (2013). The bone marrow microenvironment as niche retreats for hematopoietic and leukemic stem cells. Adv Hematol, 2013: 953982

[27] Ratajczak M Z ,  Kucia M ,  Majka M ,  Reca R, Ratajczak  J (2004). Heterogeneous populations of bone marrow stem cells--are we spotting on the same cells from the different angles? Folia Histochem Cytobiol, 42(3): 139–146

[28] Rathe M, Müller  K, Sangild P T ,  Husby S  (2014). Clinical applications of bovine colostrum therapy: a systematic review. Nutr Rev, 72(4): 237–254

[29] Sánchez-Soto E ,  Ponce-Ramos R ,  Hernández-Gutiérrez R, Gutiérrez-Ortega A, Álvarez A H ,  Martínez-Velázquez M, Absalón A E ,  Ortiz-Lazareno P ,  Limón-Flores A ,  Estrada-Chávez C ,  Herrera-Rodríguez S E  (2017). Colostrum proinflammatory cytokines as biomarkers of bovine immune response to bovine tuberculosis (bTB). Microb Pathog, 103: 57–64

[30] Sánchez-Valle V ,  Chávez-Tapia N C ,  Uribe M ,  Méndez-Sánchez N  (2012). Role of oxidative stress and molecular changes in liver fibrosis: a review. Curr Med Chem, 19(28): 4850–4860

[31] Schepers K, Pietras  E M, Reynaud  D, Flach J ,  Binnewies M ,  Garg T, Wagers  A J, Hsiao  E C, Passegué  E (2013). Myeloproliferative neoplasia remodels the endosteal bone marrow niche into a self-reinforcing leukemic niche. Cell Stem Cell, 13(3): 285–299

[32] Spahr L, Chalandon  Y, Terraz S ,  Kindler V ,  Rubbia-Brandt L ,  Frossard J L ,  Breguet R ,  Lanthier N ,  Farina A ,  Passweg J ,  Becker C D ,  Hadengue A  (2013). Autologous bone marrow mononuclear cell transplantation in patients with decompensated alcoholic liver disease: a randomized controlled trial. PLoS One, 8(1): e53719

[33] Sprent J, Tough  D F (1994). Lymphocyte life-span and memory. Science, 265(5177): 1395–1400

[34] Terai S, Takami  T, Yamamoto N ,  Fujisawa K ,  Ishikawa T ,  Urata Y ,  Tanimoto H ,  Iwamoto T ,  Mizunaga Y ,  Matsuda T ,  Oono T, Marumoto  M, Burganova G ,  Fernando Quintanilha L ,  Hidaka I ,  Marumoto Y ,  Saeki I ,  Uchida K ,  Yamasaki T ,  Tani K, Taura  Y, Fujii Y ,  Nishina H ,  Okita K ,  Sakaida I  (2014). Status and prospects of liver cirrhosis treatment by using bone marrow-derived cells and mesenchymal cells. Tissue Eng Part B Rev, 20(3): 206–210

[35] Terato K, Do  C T, Shionoya  H (2015). Slipping through the Cracks: Linking low immune function and intestinal bacterial imbalance to the etiology of rheumatoid arthritis. Autoimmune Dis, 2015: 636207

[36] Yoshihiro U, Tomohito  K, Toshihide S ,  Ken H, Hisatsugu  Y, Daisuke K ,  Kentaro K ,  Toshio I ,  Martin M ,  Ken T, Akio  H, Akiteru G ,  Tomohiro O  (2015). Degalactosylated/Desialylated Bovine Colostrum Induces Macrophage Phagocytic Activity Independently of Inflammatory Cytokine Production. Anticancer Research August; 35: 4487–4492.

[37] Yagi H, Tan  J, Tuan R S  (2013). Polyphenols suppress hydrogen peroxide-induced oxidative stress in human bone-marrow derived mesenchymal stem cells. J Cell Biochem, 114(5): 1163–1173

Compliance with ethics guidelines

Anatoly Bozhkov, Eugeniy Ivanov, Yuliya Kuznetsova, Svetlana Ohiienko, and Anastasiya Bondar declare that they do not have any conflicts of interest related to this study. All animal experiments were performed in compliance with bioethical principles (Council Directive 86/609/EEC,1986) by considering the circadian rhythms of biological responses.

RIGHTS & PERMISSIONS

2017 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg