Первичная культура хондробластов человека как модель для изучения дифференцировки хондробластов

Рост позвоночника в длину осуществляется за счет пластинки роста (ПР), формирование и развитие которой начинается в эмбриогенезе. Развитие хрящевой пластинки роста обеспечивается хондробластами, которые проходят ряд последовательных стадий дифференцировки и формируют в ней соответствующие зоны. Механизмы регуляции пролиферации и дифференцировки хондробластов ПР до конца не раскрыты, а их изучение осложнено природой объекта исследования - эмбриона человека. Задачей данной работы было морфологическое исследование первичной культуры хондробластов эмбриона человека с целью определения ее пригодности в качестве экспериментальной модели для изучения механизмов дифференцировки хондробластов и эффективности использования лекарственных препаратов.

Первичную культуру хондробластов, выделенную из формирующихся тел позвонков 12-недельных эмбрионов человека, культивировали в течение 7 суток на протяжении пяти пассажей и исследовали методами морфогистохимии и ультраструктурного анализа. На первом пассаже овальные хондробласты не формируют сплошного монослоя. Клетки подразделяются на три типа, которые различаются между собой по площади, ядерно-цитоплазматическому отношению, а также наличию в цитоплазме гликогена и интенсивности реакции на сульфатированные и несульфатированные гликозаминогликаны (ГАГ). Наличие специфических для хрящевой ткани маркеров-биополимеров позволяет определить данные клетки как хондробласты различной степени дифференцировки. Преобладающими на этом пассаже являются низкодифференцированные хондробласты. Электронно-микроскопически в низкодифференцированных клетках выявляются крупные ядра, редкие профили ЭПР, небольшие аппараты Гольджи и единичные лизосомальные структуры. По мере дифференцировки увеличивается протяженность цистерн ЭПР, в них накапливается содержимое средней электронной плотности, возрастает площадь, занимаемая аппаратом Гольджи.

На втором пассаже происходит снижение процентного содержания низкодифференцированных хондробластов и увеличение количества хондробластов средней степени дифференцировки. Клетки формируют сплошной монослой и продуцируют межклеточный матрикс, в котором, кроме типичных для хряща биополимеров, иммунохимически выявляется маркер хрящевой ткани - коллаген 2-го типа. Отмечается усложнение ультраструктурной организации хондробластов средней степени дифференцировки, что проявляется дальнейшим развитием мембранных органелл.

Хондробласты третьего пассажа формируют плотный монослой, в котором регистрируется увеличение содержания высокодифференцированных хондробластов. Данные клетки имеют развитый комплекс Гольджи, многочисленные профили ЭПР и большое число транспортных везикул. Характерной чертой ультраструктуры хондробластов третьего пассажа является наличие в цитоплазме секреторных гранул и расширенных цистерн ЭПР, заполненных материалом средней электронной плотности. В цитоплазме выявляются гранулы гликогена, сульфатированные и несульфатированные гликозаминогликаны. Морфология хондробластов свидетельствует об активном синтезе и секреции главных биополимеров в культуральную среду. На третьем пассаже выявляются отдельные распластанные клетки и скопления групп клеток с признаками деструкции. Цитоплазма и матрикс вокруг таких клеток характеризуются неравномерной, интенсивно базофильной окраской, а в прилежащем матриксе не выявляется коллаген 2-го типа. Отмечаются клетки в состоянии апоптоза.

На четвертом пассаже монослой остается достаточно плотным, низкодифференцированные клетки практически отсутствуют. В матриксе по-прежнему выявляется коллаген 2-го типа. Хондробласты приобретают овальную или вытянутую форму, в их цитоплазме снижается содержание гликогена, а в матриксе падает интенсивность реакции на кислые ГАГ На ультраструктурном уровне наблюдается рост содержания лизосомальных структур и жировых включений, цистерны ЭПР переполнены белковым содержимым.

На пятом пассаже выявляются отдельные клетки вытянутой формы с неровными контурами, ядра с признаками пикноза. В цитоплазме определяются многочисленные оптически пустые вакуоли, отмечается субпороговая реакция на кислые ГАГ. Матрикс отсутствует. Таким образом, на пятом пассаже наблюдаются дистрофические изменения хондробластов и прекращение их синтетической функции.

Известно, что в процессе развития пластинки роста in vivo происходит увеличение количества хондробластов, которые затем проходят последовательные этапы дифференцировки от низкодифференцированных к созревающим, гипертрофированным и гибнущим хондробластам. Полученные данные показывают, что в течение пяти пассажей in vitro происходят аналогичные изменения морфо-функциональных параметров хондробластов, которые таким образом могут служить экспериментальной моделью хондробластов пластинки роста тел позвонков на разных стадиях жизненного цикла.


Зайдман A.M.¹, Сахаров А.В.³, Ким И.И.², Корель А.В.¹, Колокольцова Т.Д.², Рябчикова Е.И.²
ФГУ "Новосибирский НИИ травматологии и ортопедии" ¹,
Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор" ², г. Новосибирск,
Новосибирский государственный педагогический университет ³