リドカイン、ロピバカイン、ブピバカインのヒト脂肪由来間葉系幹細胞の生存率および代謝活性に対する細胞毒性の違い

Differences in cytotoxicity of lidocaine, ropivacaine, bupivacaine on the viability and metabolic activity of human adipose-derived mesenchymal stem cells.

• Eva Kubrova
• Min Su
• Catalina Galeano-Garces
• M Lizeth Galvan
• Sofia Jerez
• Allan B Dietz
• Jay Smith
• Wenchun Qu
• Andre J van Wijnen

抄録

目的:

ヒト脂肪由来間葉系幹細胞(MSC)に対する異なる局所麻酔薬(LA)の生物学的効果を、MSC注入時の術後疼痛を軽減するために適用した場合の評価を行った。方法・材料様々な濃度のリドカイン、ロピバカイン、ブピバカインを12時間の間にインキュベートしたMSCを用いて、代謝活性（MTSアッセイ）、生存率（Live/Dead stain）、遺伝子発現（定量的リアルタイム逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応、qRT-PCR）を測定した。

PURPOSE: We evaluated biological effects of distinct local anesthetics (LA) on human adipose-derived mesenchymal stem cells (MSCs) when applied to reduce peri-procedural pain during MSC injections.Methods and materialsMetabolic activity (MTS assay), viability (Live/Dead stain) and gene expression (quantitative real time reverse-transcriptase polymerase chain reaction, qRT-PCR) were measured in MSCs incubated with various concentrations of lidocaine, ropivacaine or bupivacaine during a 12-hour time course.

結果:

細胞生存能および代謝活性は、リドカイン、ロピバカインおよびブピバカインに曝露した後、用量、時間および物質に依存した方法で減少し、ロピバカインが最も細胞毒性が低かった。臨床的に適切な濃度（例えば、8mg/mlのリドカイン、2.5mg/mlのロピバカインまたはブピバカイン）では、短時間の暴露（<1.5時間）後に細胞生存率が低下する。ＬＡに曝露されたＭＳＣは、ストレス応答（ＥＧＲ１、ＥＧＲ２）、増殖（ＭＫＩ６７、ＨＩＳＴ２Ｈ４Ａ）、ＥＣＭ（ＣＯＬ１Ａ１、ＣＯＬ３Ａ１）および細胞表面マーカー（ＣＤ１０５）のｍＲＮＡバイオマーカーの発現を変化させる。

RESULTS: Cell viability and metabolic activity decreased in a dose, time, and substance-specific manner after exposure to lidocaine, ropivacaine and bupivacaine, with ropivacaine being the least cytotoxic. Cell viability decreases after brief exposure (<1.5 hr) at clinically relevant concentrations (e.g., 8mg/ml lidocaine, 2.5mg/ml ropivacaine or bupivacaine). MSCs exposed to LA change their expression of mRNA biomarkers for stress response (EGR1, EGR2), proliferation (MKI67, HIST2H4A), ECM (COL1A1, COL3A1) and cell surface marker (CD105).

結論:

リドカインは、臨床グレードのヒト間葉系幹細胞に対して、用量、時間、薬剤に依存した方法で細胞毒性を示し、ECM、増殖、細胞表面マーカーの発現を変化させる。リドカインおよびブピバカインは、ロピバカインよりも細胞毒性が高い。LAの単回投与はin vitroでのMSCの生物学的性質に影響を与える可能性があるが、臨床現場でのMSCの有効量には影響を与えない可能性がある。

CONCLUSION: LA are cytotoxic to clinical-grade human MSCs in a dose-, time-, and agent-dependent manner and change expression of ECM, proliferation and cell surface markers. Lidocaine and bupivacaine are more cytotoxic than ropivacaine. Single-dose injections of LA may affect the biological properties of MSCs in vitro, but may not affect the effective dose of MSCs in a clinical setting.