Перспективы применения в трансплантологии мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток

Growth and induced differentiation of multipotential mesenchymal stromal cells (MMSC) from different sources within tissue engineered constructs on the base of alginate were investigated. MMSC are able to adipogenic, osteogenic and chondrogenic differentiation into both alginate microbeads and wide-porous sponges, though for proliferation cell adhesion and spreading are necessary. Alginate is a promising material for incorporation of MMSC into hydrogels, microbeads and wide-porous sponges for following transplantation.


Цели.

В настоящее время альгинаты используются в медицине, главным образом, в качестве вспомогательных веществ при производстве лекарственных средств или в качестве биологически активных веществ в медицинских препаратах. Благодаря совокупности присущих альгинатам физико-химических свойств они могут найти широкое применение в тканевой инженерии в качестве носителей или матриц для клеток. Перспективным клеточным компонентом для тканевой инженерии являются мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК). Целью работы явилось изучение роста и дифференцировки мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток in vitro в составе альгинатных микросфер и в криогелевых губках с модифицированными поверхностями пор, а также скорости заживления ожоговых ран при нанесении мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в смеси с альгинатным гидрогелем.

Материалы и методы.

Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки выделяли из костного мозга или жировой ткани взрослого человека, а также тканей мезодермального происхождения плода в соответствии с этическими нормами. После экспансии в монослойной культуре иммунофенотип клеток определяли методом проточной цитофлуориметрии. Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки смешивали с альгинатным гидрогелем или инкапсулировали в альгинатные микрокапсулы, или заселяли криогелевые широкопористые губки. Пролифератицию мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в составе микросфер и широкопористых криогелей исследовали Alamar blue тестом. Дифференцировку в адипогенном и остеогенном направлениях осуществляли добавкой соответствующих индукторов в среду культивирования. Термическое повреждение кожи крыс моделировали прикладыванием металлической пластинки, нагретой до 200еС. Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки в составе альгинатного гидрогеля наносили на поверхность раны через 1 сутки после ожога.

Результаты.

Цитофлуориметричеcкие исследования показали, что клетки, изолированные из всех источников, после 4-го пассажа имели иммунофенотип, характерный для мезенхимальных стромальных клеток (CD29⁺, CD44⁺, CD73⁺, CD105⁺, CD34-, CD45-). После инкапсуляции в микросферы или заселения широкопористых криогелевых губок, мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки сохраняли сферическую форму и не пролиферировали. Модификация носителя путем ковалентной сшивки желатиновых наночастиц к поверхности пор увеличивала адгезивные свойства носителя. В ходе последующего культивирования в широкопористых криогелях с модифицированной желатином поверхностью пор,  мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки пролиферировали и мигрировали, занимая весь объем носителя. Изучение дифференцировочных возможностей показало, что мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки способны дифференцироваться в остеогенном, хондрогенном и адипогенном направлениях как в составе альгинатных микросфер, так и в широкопористых криогелевых губках. Присутствие мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в составе альгинатного гидрогеля ускоряло заживление ожоговых ран, приводило к нормализации показателей периферической крови, а также уровня коллагена и неколлагеновых белков в межклеточном веществе дермы.

Рассматриваются вопросы о перспективах применения тканеинженерных конструкций на основе мезенхимальных стромальных клеток и альгинатных носителей в комбустиологии, стоматологии, пластической хирургии, ортопедии и травматологии.


Работа выполнена при поддержке совместного гранта РФФИ и ГФФИ Украины (проект № 09-04-90403-Укр_ф_а).


¹Петренко А.Ю., ¹Петренко Ю.А., ¹Правдюк А.И., ¹Ревенко Е.Б., ²Иванов Р.В., 2Лозинский В.И.
¹Институт проблем криобиологии и криомедицины НАНУ, ул. Елизарова 23, г. Харьков, Украина, ²Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова, РАН, Москва