Выбор носителя и условий дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток для восстановления костной ткани

Анна Жерносеченко,
научный сотрудник лаборатории клеточных биотехнологий и цитотерапии научного отдела РНПЦ детской онкологии, гематологии и иммунологии

Янина Исайкина,
кандидат биологических наук, заведующая лабораторией клеточных биотехнологий и цитотерапии
научного отдела РНПЦ детской онкологии, гематологии и иммунологии

Таисия Михалевская,
врач-патологоанатом РНПЦ детской онкологии, гематологии и иммунологии

Выбор носителя и условий дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток для восстановления костной ткани.pdf

Представлены краткий аналитический обзор рекомендуемых клеточных носителей с целью создания биоинженерной конструкции для восстановления участка костной ткани и результаты собственного исследования. Недиференцированными и остеогенно преддифференцированными мезенхимальными стволовыми клетками (МСК) заселяли различные носители: гидроксиапатит, коллагеновую губку и фибриновый гель. Полученные результаты свидетельствуют, что для репарации костной ткани наиболее эффективно использование недифференцированных МСК с последующей дифференцировкой клеток факторами – индукторами остеогенеза в составе матрикса, а фибриновый гель представляет собой оптимальный клеточный носитель, так как обеспечивает равномерное распределение клеток и поддерживает их функциональную активность.

Ключевые слова: мезенхимальные стволовые клетки, клеточный носитель, остеогенная дифференцировка, фибриновый гель.

Summary. The purpose of this study was to determine the degree of osteogenic differentiation of MSCs and to choice of scaffold for them. Histological analysis revealed the presence few dystrophic cells or absence of them when we seeded and cultured for 14 days predifferentiated MSCs into the hydroxyapatite, collagen sponge, fibrin gel. The undifferentiated MSCs weren’t found in histological section after cells culture with the hydroxyapatite, the presence cells into the collagen sponge were insignificant. The test detected the even distribution and functional activity of cells into fibrin gel. Our results proved that fibrin gel is the optimal cellular scaffold and colonization it undifferentiated MSCs is effective for creating structure for the bone repair.

Keywords: mesenchymal stem cells, scaffold, osteogenic differentiation, fibrin gel.

https://doi.org/10.29235/1818-9857-2019-5-58-61

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Conget P. A., Allers C., Minguell J. J. Identification of a discrete population of human bone marrow-derived mesenchymal cells exhibiting properties of uncommitted progenitors // J. Hematother. Stem. Cell. Res. 2001. Vol. 10, N6. P. 749–758.
2. Rodr?guez J. P., Gonzalez M., R?os S., Cambiazo V. Cytoskeletal organization of human mesenchymal stem cells (MSC) changes during their osteogenic differentiation // J. Cellular Biochem. 2004. N93. Р.721–731.
3. Linyi P., Zhuqing J., Xinhua Y. Comparative analysis of mesenchymal stem cells from bone marrow, cartilage, and adipose tissue // Stem cells and development. 2008. N17. Р.761–774.
4. Langenbach F., Handschel J. Effects of dexamethasone, ascorbic acid and ?-glycerophosphate on the osteogenic differentiation of stem cells in vitro // Stem Cell Research & Therapy. 2013. N4. Р.117.
5. Beederman M., Lamplot J. D., Nan G., Wang J. BMP signaling in mesenchymal stem cell differentiation and bone formation // J. Biomed. Sci. Eng. 2013. N6 (8A). Р.32–52.
6. Luu H. H., Song W. X., Luo X. et al. Distinct roles of bone morphogenetic proteins in osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells // J. Orthop. Res. 2007. N25(5). P. 665–677.
7. Kang Q., Song W. X., Luo Q. et al. A comprehensive analysis of the dual roles of BMPs in regulating adipogenic and osteogenic differentiation of mesenchymal progenitor cells // Stem Cells Dev. 2009. N18 (4). Р. 545–559.
8. Ng F., Boucher Sh., Koh S. et al. PDGF, TGF??, and FGF signaling is important for differentiation and growth of mesenchymal stem cells (MSCs): transcriptional profiling can identify markers and signaling pathways important in differentiation of MSCs into adipogenic, chondrogenic, and osteogenic lineages // Blood. 2008. Vol. 112, N2. P. 295–307.
9. Lebouvier A., Poignard A., Cavet M. et al. Development of a simple procedure for the treatment of femoral head osteonecrosis with intra-osseous injection of bone marrow mesenchymal stromal cells: study of their biodistribution in the early time points after Injection // Stem Cell Research & Therapy. 2015. N6. Р.68.
10. Ciuffreda M. Ch., Malpasso G., Musar? P., Turco V. Protocols for in vitro differentiation of human mesenchymal stem cells into osteogenic, chondrogenic and adipogenic lineages // Mesenchymal stem cells: methods and protocols, methods in molecular biology. 2016. Vol. 1416. P. 149–158.
11. Vinatier C., Bouffi C., Merceron C. et al. Cartilage tissue engineering: towards a biomaterial-assisted mesenchymal stem cell therapy // Curr. Stem Cell Res. Ther. 2009. N4 (4). P. 318–329.
12. Richter W. Mesenchymal stem cells and cartilage in situ regeneration // J. Intern. Med. 2009. N266. P. 390–405.
13. Polo-Corrales L., Latorre-Esteves M.. Scaffold Design for Bone Regeneration // J. Nanosci. Nanotechnol. 2014. N14 (1). Р. 15–56.
14. Liu J., Zhao L., Ni L. et al. The effect of synthetic ?-tricalcium phosphate on osteogenic differentiation of rat bone mesenchymal stem cells // J. Transl. Res. 2015. N7 (9). P. 1588–1601.
15. Zhou H., Hockin H., Xu K. The fast release of stem cells from alginate-fibrin microbeads in injectable scaffolds for bone tissue engineering // Biomaterials. 2011. N32 (30). Р. 7503–7513.
16. Shih Y., Hwang Y. S., Phadke A., Kang H. Calcium phosphate-bearing matrices induce osteogenic differentiation of stem cells through adenosine signaling // PNAS. 2014. Vol. 111. N3. Р. 990–995.
17. Lebouvier A., Poignard A., Cavet M. Development of a simple procedure for the treatment of femoral head osteonecrosis with intra-osseous injection of bone marrow mesenchymal stromal cells: study of their biodistribution in the early time points after injection // Stem Cell Research & Therapy. 2015. N6. Р. 68.
18. Yuan H., Kurashina K., de Bruijn J. D. et al. A preliminary study on osteoinduction of two kinds of calcium phosphate ceramics // Biomaterials. 1999. N20. P. 1799–1806.
19. Букач Дм. В., Белецкий А. В., Эйсмонт О. Л., Мохаммади М. Т., Исайкина Я. И. Аутотрансплантация мезенхимальных стволовых клеток для регенеративного восстановления повреждений суставного хряща (экспериментальное исследование) // Весцi Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя мед. навук. 2015. №1. С. 5–11.