тел. +38 (044) 483-12-82

№5(6) 2023

Eng

DOI 10.37219/2528-8253-2023-5-20

Мельников ОФ, Мінін ЮВ, Тимченко МД, Кучеренко ТІ, Мініна АЮ

ВМІСТ ТРАНСФОРМУЮЧОГО ФАКТОРА РОСТУ ТGF 1 ТА ІНТЕРЛЕЙКИНУ 6 В СИРОВАТЦІ КРОВІ КРОЛІВ З ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЮ ТРАВМОЮ ВУШНОЇ РАКОВИНИ ПІСЛЯ СИСТЕМНОГО ЗАСТОСУВАННЯ АЛОГЕННИХ СТОВБУРОВИХ КЛІТИН МЕЗЕНХІМАЛЬНОГО ПОХОДЖЕННЯ

Мельников Олег Феодосійович
Державна установа «Інститут отоларингології ім. проф. О.С. Коломійченка Національної академії медичних наук України»
Доктор медичних наук, професор.
Зав. лабораторією патофізіології та імунології (з групою патоморфології)
E-mail: elenamelnykova@gmail.com
ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-1261-8647
https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=7006385903
https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=7003452154

Мінін Юрій Вікторович
Державна установа «Інститут отоларингології ім. проф. О.С. Коломійченка Національної академії медичних наук України»
Відділ запальних захворювань ЛОР-органів, провідний науковий співробітник
Доктор медичних наук, професор
Email: mininy1956@gmail.com
ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-7836-3480
Scopus Author ID: 6508004691

Тимченко Марина Дмитріївна
Державна установа «Інститут отоларингології ім. проф. О.С. Коломійченка Національної академії медичних наук України»
Лабораторія патофізіології та імунології (з групою патоморфології)
Старший науковий співробітник
Кандидат біологічних наук
E-mail: svtim@i.ua
https://orcid.org/0000-0002-7889-1152

Кучеренко Тетяна Іванівна
Державна установа «Інститут отоларингологии ім. проф. О.С. Коломійченка Національної академії медичних наук Украины»
Відділ запальних захворювань ЛОР-органів
Старший науковий співробітник, кандидат медичних наук.
E-mail: tkucherenko@hotmail.com
ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2158-8101
Scopus Author ID: 6701383048

Мініна Ганна Юріївна
Державна установа «Інститут отоларингології ім. проф. О.С. Коломійченка Національної академії медичних наук України»
Відділ мікрохірургії вуха та отонейрохірургії, науковий співробітник
Кандидат медичних наук
Email: mininy1956@gmail.com
ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-1237-4395

Актуальність: Застосування стовбурових клітин (СК) при пошкодженні хрящів є перспективним і необхідним напрямком: зрілі хондроцити мають знижений потенціал поділу, в результаті чого природна репарація дефектів хрящової тканини, зокрема вуха та крил носа, відбувається шляхом фіброплазії, а не регенерації. Імунологічні та патофізіологічні аспекти терапії алогенними СК великою мірою залежать від системної і місцевої дії цитокінів та інших біологічно активних речовин (БАР) як з боку реципієнта, так і самих СК. Аспекти цих взаємовідносин багатогранні та неоднозначні, отже потребують ретельного вивчення та аналізу. Серед багатьох БАР, що впливають на хондрогенез, особливу увагу привертають такі поліфункціональні агенти, як трансформуючий фактор росту TGF-β1 та інтерлейкін-6. Активація гену TGF-β1 відбувається у відповідь на пошкодження тканин, функціями TGF-β1, зокрема, є стимуляція проліферації та активності фібробластів, цей цитокін також регулює експресію генів, що кодують колагени. IL-6 чинить, здебільшого, прозапальну дію: стимулює міграцію моноцитів, одночасно пригнічуючи проліферацію фібробластів, підсилює функціональну активність остеокластів, що може призводити до деградації хряща. Але невелика кількість IL-6 діє як хондропротектор, інгібуючи активність руйнівних металопротеїназ.

Мета: вивчення динаміки змін прозапальних та регенераторних цитокінів після системного використання нативних та прекондиційованих мезенхімальних стовбурових клітин (МСК).

Матеріал і методи: До експериментальних досліджень було залучено 44 дорослих кролів породи «сірий велетень», яких після моделювання травми вушної раковини було розподілено на дві групи – контрольну (14 тварин) та експериментальну (30 тварин). Тварин експериментальної групи, в свою чергу, було розподілено на дві підгрупи. Кожній тварині 1-ї підгрупи (16 тварин) одноразово внутрішньовенно вводили 5 млн. нативних алогенних МСК, 2-ї підгрупи (14 тварин) – по 5 млн. прекондиційованих алогенних МСК. В сироватці крові тварин дослідної та контрольної груп методом імуноферментного аналізу (ІФА) вивчався вміст інтерлейкіну-6 та трансформуючого фактора росту TGF-β1.

Результати та обговорення: Вміст досліджуваних цитокінів визначався в динаміці спостереження, протягом 3 місяців після експериментальної травми. Виявлено статистично вірогідне (рU<0,05) зменшення кількості TGF-β1 у тварин через 3 місяці після моделювання травми і введення нативних МСК порівняно з контролем. При порівнянні результатів дослідної та контрольної групи, отриманих на інших строках після пошкодження хряща вуха, не виявлено статистично достовірних розбіжностей. Визначається статистично вірогідне (рU<0,05) зменшення кількості IL-6 у дослідних тварин через 3 місяці після експериментальної травми і введення нативних МСК при порівнянні з контрольною групою. Аналогічні зміни спостерігалися при застосуванні як нативних, так і прекондиційованих стовбурових клітин. Достовірних розбіжностей у вмісті TGF-β1 та IL-6 в сироватці крові експериментальних тварин при застосуванні нативних чи прекондиційованих МСК не виявлено.

Висновки: Системне застосування МСК супроводжується змінами цитокінового профілю, зокрема, вмісту TGF-β1 та IL-6. Не виявлено достовірних розбіжностей у вмісті TGF-β1 та IL-6 в сироватці крові експериментальних тварин при застосуванні нативних і прекондиційованих алогенних МСК.

Ключові слова: Мезенхімальні стовбурові клітини, регенерація, хрящ, прекондиціонування, цитокіни.

Завантажити .PDF

Література

  1. Itokazu M, Wakitani S, Mera H, Tamamura Y, Sato Y, TakagiM, Nakamura H. Transplantation of scaffold-free cartilage-like cell-sheets made from human bone marrow mesenchymal stem cells for cartilage repair: a preclinical study. Cartilage. 2016 Oct;7(4):361-72. doi: 10.1177/1947603515627342.
  2. Fu X, Liu G, Halim A, Ju Y, Luo Q, Song G. Mesenchymal stem cell migration and tissue repair. Cells. 2019 Jul 28;8(8):784. doi: 10.3390/cells8080784.
  3. Hu C, Li L. Preconditioning influences mesenchymal stem cell properties in vitro and in vivo. J Cell Mol Med. 2018 Mar;22(3):1428-1442. doi: 10.1111/jcmm.13492.
  4. Liu S, Liu F, Zhou Y, Jin B, Sun Q, Guo S. Immunosuppressive Property of MSCs Mediated by Cell Surfase Receptors. Front Immunol. 2020;11:1076. doi: 10.3389/fimmu.2020.01076.
  5. Mizuno H. Adipose-derived stem cells for tissue repair and regeneration: ten years of research and literature review. J Nippon Med Sch. 2009 Apr;76 (2):56-66. doi: 10.1272/jnms.76.56.
  6. Kapoor M, Martel-Pelletier J, Lajeunesse D, Pelletier JP, Fahmi H. Role of proinflammatory cytokines in the pathophysiology of osteoarthritis. Nat Rev Rheumatol. 2011;7:33-42. doi: 10.1038/nrrheum.2010.196.
  7. Huang BJ, Hu JC, Athanasiou KA. Cell-based tissue engineering strategies used in the clinical repair of articular cartilage. 2016;98:1-22. doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.04.018.
  8. Cheng Y, Cheng P, Xue F, Wu K-m, Jiang M-j, Ji J-f, et al. Repair of ear cartilage defects with allogenic bone marrow mesenchymal stem cells in rabbits. Cell Biochem Biophys. 2014 Nov; 70(2):1137-43. doi: 10.1007/s12013-014-0033-2.
  9. Bielli A, Scioli MG, Gentile P, Cervelli V, Orlandi A. Adipose-derived stem cells in cartilage regeneration: current perspectives. Regen Med. 2016 Oct;11(7):693-703. doi: 10.2217/rme-2016-0077.
  10. Bahrani H, Razmkhah M, Ashraf MJ, Tanideh N, Chenari N, Khademi B, Ghaderi Differentiation of adipose-derived stem cells into ear auricle cartilage in rabbits. J Laryngol Otol. 2012 Aug; 126(8):770-4. doi: 10.1017/S0022215112001065.
  11. Sullivan CB, Porter RM, Evans CH, Ritter T, Shaw G, Barry F, Murphy JM. TNFα and IL-1β influence the differentiation and migration of murine MSCs independently of the NF-κB pathway. Stem Cell Res Ther. 2014 Aug 27;5(4):104. doi: 10.1186/scrt492.
  12. Richardson SM, Mobasheri A, Freemont AJ, Hoyland JA. Intervertebral disc biology, degeneration and novel tissue engineering and regenerative medicine therapies. Histol Histopathol. 2007 Sep;22(9):1033-41. doi: 10.14670/HH-22.1033.
  13. Hashizume H. Three-dimensional architecture and development of lumber intervertebral discs. Acta Med Okayama. 1980 Nov;34(5):301-14. doi: 10.18926/AMO/30545.
  14. Norcross JP, Lester GE, Weinhold P, Dahners LE. An in vivo model of degenerative disc disease. J Orthop Res. 2003;21:183-8. doi: 10.1016/S0736-0266(02)00098-0.
  15. Ren C, Song Y, Xue Y, Yang X. Mid- to long-term outcomes after cervical disc arthroplasty compared with anterior discectomy and fusion: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Eur Spine J. 2014;23:1115-23. doi: 10.1007/s00586-014-3220-3.
  16. Waterman RS, Tomchuck SL, Henkle SL, Betancourt AM. A new mesenchymal stem cell (MSC) paradigm: polarization into a pro-inflammatory MSC1 or an Immunosuppressive MSC2 phenotype. PLoS One. 2010 Apr 26;5(4): e10088. doi: 10.1371/journal.pone.0010088.
  17. Tuan S, Boland G, Tuli R. Adult mesenchymal stem cells and cell-based tissue engineering. Arthritis Res Ther. 2003;5(1):32-45. doi: 10.1186/ar614.
  18. Danišovič L, Varga I, Polák Growth factors and chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Tissue Cell. 2012 Apr;44(2):69-73. doi: 10.1016/j.tice.2011.11.005.
  19. Ketlinsky SA, Simbirtsev AS. [Cytokines]. St. Petersburg: Foliant; 2008. 552 p. [In Russian].
  20. Massague J. The transforming growth factor-beta family. Annu Rev Cell Biol. 1990:6:597-641. doi: 10.1146/annurev.cb.06.110190.003121.
  21. Lee BS, Nowak RA. Human leiomyoma smooth muscle cells show increased expression of transforming growth factor-beta 3 (TGF beta 3) and altered responses to the antiproliferative effects of TGF beta. J Clin Endocrinol Metab. 2001 Feb; 86(2):913-20. doi: 10.1210/jcem.86.2.7237.
  22. Pricola KL, Kuhn NZ, Haleem-Smith H, Song Y, Tuan RS. Interleukin-6 maintains bone marrow-derived mesenchymal stem cell stemness by an ERK1/2-dependent mechanism. J Cell Biochem. 2009 Oct 15;108(3):577-88. doi: 10.1002/jcb.22289.
  23. Moustakas A, Pardali K, Gaal A, Heldin Mechanisms of TGF-beta signaling in regulation of cell growth and differentiation. Immunol Lett. 2002 Jun 3;82(1-2):85-91. doi: 10.1016/s0165-2478(02)00023-8.
  24. Barry F, Boynton RE, Liu B, Murphy JM. Chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells from bone marrow: differentiation-dependent gene expression of matrix components. Exp Cell Res. 2001 Aug 15;268(2):189-200. doi: 10.1006/excr.2001.5278.
  25. Mueller MB, Fischer M, Zellner J, Berner A, Dienstknecht T, Prantl L, et al. Hypertrophy in mesenchymal stem cell chondrogenesis: effect of TGF-βisoforms and chondrogenic conditioning. Cells Tissues Organs. 2010;192(3):158-66. doi: 10.1159/000313399.
  26. Kang SW, Do HJ, Han IB, Shin DA, Kim HO, Kim JH, Lee S-H. Increase of chondrogenic potentials in adipose-derived stromal cells by co-delivery of type I and type II TGFbeta receptors encoding bicistronic vector system. J Control Release. 2012 Jun 28;160(3):577-82. doi: 10.1016/j.jconrel.2012.04.011. 
  27. Town T, Laouar Y, Pittenger C, Mori T, Szekely CA, Tan J, et al. Blocking TGF-beta-Smad2/3 innate immune signaling mitigates Alzheimer-like pathology. Nat Med. 2008 Jun;14(6):681-7. doi: 10.1038/nm1781.
  28. Attur MG, Patel RN, Abramson SB, Amin AR. Interleukin-17 up-regulation of nitric oxide production in human osteoarthritis cartilage. Arthritis Rheum. 1997 Jun;40(6):1050-3. doi: 10.1002/art.1780400609.
  29. Kim YG, Choi J, Kim K. Mesenchymal stem cell-derived exosomes for effective cartilage tissue repair and treatment of osteoarthritis. Biotechnol J. 2020;15:e2000082. doi: 10.1002/biot.202000082. 
  30. Kang SW, Do HJ, Han IB, Shin DA, Kim HO, Kim JH, et al. Increase of chondrogenic potentials in adipose-derived stromal cells by co-delivery of type I and type II TGFbeta receptors encoding bicistronic vector system. J Control Release. 2012; 160(3):577-82. doi: 1016/j.jconrel.2012.04.011. 
  31. ULAM Rabbit Anesthesia and Analgesia Guidelines. 20 Guidel ines/ULAM 2 OSOP 20 Rabbit 20. Anesthesia. https://az.research.umich.edu/animalcare/guidelines/guidelines-anesthesia-and-analgesia-rabbits