УДК: 575.113:616.71-018.46]+092.9
Год издания: 2010
Создание трехмерного матрикса на основе искусственного фибринового сгустка для хондрогенной дифференцировки стволовых клеток человека
Петевка Н.В., Костюнина В.С., Жур К.В., Северин И.Н., Згурская Н.А., Гончарова Н.В., Космачева С.М., Потапнев М.П.
Рубрики: 76.29.33, 76.29.46
Республиканский научно-практический центр гематологии и трансфузиологии
Тема НИР: «Изучение фенотипа, способности к размножению и дифференцировке in vitro, чувствительности к переносу генов, биологической безопасности и оценка в экспериментальных условиях возможности использования модифицированных стволовых клеток костного мозга/периферической крови и пуповинной крови человека для трансплантации»
Сроки выполнения НИР: январь 2006 г. — декабрь 2010 г.
Научный руководитель: д-р мед. наук, проф. М.П. Потапнев, д-р мед. наук, проф. О.В. Алейникова, д-р мед. наук, проф. Г.Я. Хулуп, д-р мед. наук А.Л. Усс, канд. мед. наук, доц. К.У Вильчук
Соисполнители: ГУ «РНПЦ гематологии и трансфузиологии», ГУ «РНПЦ детской онкологии и гематологии», ГУ «РНПЦ «Мать и дитя», ГУ «РНПЦ эпидемиологии и микробиологии», ГУ «РНПЦ травматологии и ортопедии», УО «Белорусская медицинская академия последипломного образования»
Источник финансирования: госбюджет
Cуставной хрящ, поврежденный без затрагивания субхондральной части костной ткани, имеет ограниченную способность к регенерации из-за недостатка локальных клеток-предшественников в прилежащих тканях. Одним из вариантов регенеративной терапии может быть трансплантация искусственных 3-мерных структур с иммобилизованными, полученными ex vivo стволовыми клетками.
Цель работы - создание 3-мерной конструкции-носителя стволовых клеток человека на основе искусственного фибринового сгустка для репарации повреждений хрящевой ткани и изучение in vitro хондрогенного потенциала клеток в данном микроокружении.
Сущность достижения - определен оптимальный состав компонентов 3-мерной конструкции-носителя стволовых клеток человека на основе искусственного фибринового сгустка и протокол дифференцировки мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга (ММСК КМ) и клеток-предшественников хондроцитов (КПХ) человека в составе 3-мерного матрикса.
Трехмерный матрикс готовили из компонентов гемостатического препарата «Фибриностат» производства ГУ РНПЦ ГТ - фибриногена и тромбина. Культуру ММСК КМ получали по стандартному протоколу адгезией на пластике мононуклеарной фракции клеток костного мозга человека, КПХ - методом высева из эксплантов послеоперационной хрящевой ткани человека после их предварительного протеолитического расщепления.
Анализ экспрессии культурами клеток специфических маркеров хондрогенеза коллагена II типа и аггрекана методом ПЦР в реальном времени показал, что КПХ экспрессировали более чем в 10 раз больше аггрекана, чем ММСК КМ. Обе культуры клеток экспрессировали характерный для остеогенеза коллаген I типа и практически не экспрессировали коллаген II типа, тогда как для дифференцированных клеток хрящевой ткани наблюдалась противоположная картина. В составе фибриновых конструкций КПХ и ММСК КМ сохраняли жизнеспособность, наблюдался высев клеток из геля аналогично высеву из эксплантов хрящевой ткани.
Конструкции фибринового геля различной плотности (2 и 8 мг/мл фибриногена), содержащие ММСК КМ человека 1-го пассажа и КПХ 4-5-го пассажей с плотностью клеток 5?106/см3 подвергали дифференцировке в хондрогенном направлении по трем различным протоколам с использованием TGF-?1, TGF-?3, и BMP6 в качестве факторов индукции дифференцировки. Хондрогенную дифференцировку подтверждали выявлением протеогликанов и гликозаминогликанов по окраске конструкций толуидиновым синим, сафранином О и альциановым синим с последующей количественной оценкой экстрагированных красителей колориметрическим методом. Положительным контролем служили образцы послеоперационной хрящевой ткани человека. В качестве отрицательного контроля - аналогичные конструкции, культивировавшиеся в отсутствие факторов хондрогенной дифференцировки.
В ходе дифференцировки наибольшую разницу между опытными и контрольными образцами по экспрессии маркеров хондрогенной дифференцировки наблюдали при использовании сочетания дифференцировочных факторов TGF-?3 и ВМР6 как для ММСК КМ, так и для КПХ. Показано, что TGF-?3 более эффективен чем TGF-?1 при индукции хондрогенеза в фибриновом геле. Заключенные в конструкции большей плотности (8 мг/мл фибриногена), клетки сохраняли хондроцит-подобную морфологию, а продукция гликозаминогликанов и кислых муцинов была в 2-3 раза выше, чем в конструкции с содержанием фибриногена 2 мкг/мл. По экспрессии маркеров дифференцировки хондрогенез КПХ по сравнению с ММСК КМ был более выражен.
Таким образом, КПХ и ММСК КМ в 3-мерном матриксе искусственного фибринового сгустка сохраняют жизнеспособность и могут дифференцироваться в хондрогенном направлении под воздействием факторов TGF- 3 и ВМР6. Оптимальный состав конструкции - 8 мг/мл фибриногена, 1 Ед/мл тромбина, 500 Ед/мл апротинина, концентрация клеток - 5?106/см3.
Область применения: клеточная биология, трансплантология, регенеративная медицина
Рекомендации по использованию: данные могут быть использованы при разработке протоколов лечения обширных повреждений хрящевой ткани
Предложения по сотрудничеству: совместные исследования в области тканевой инженерии с использованием стволовых клеток