vtioВестник трансплантологии и искусственных органовRussian Journal of Transplantology and Artificial Organs1995-1191Academician V.I.Shumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs", Ministry of Health of the Russian Federation10.15825/1995-1191-2019-4-88-95vtio-1110Research ArticleРЕГЕНЕРАТИВНАЯ МЕДИЦИНА И КЛЕТОЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИREGENERATIVE MEDICINE AND CELL TECHNOLOGIESИнтерлейкин IL-1β стимулирует ревитализацию хрящевого матрикса назальными хондроцитами человека in vitroInterleukin IL-1β stimulates revitalization of cartilage matrix in vitro with human nasal chondrocytesБарановскийД. С.BaranovskyD. S.

Барановский Денис Станиславович

4031 Швейцария, Базель, Спиталштрассе, д. 21.Тел. +41 77 997 0292

Baranovskii Denis Stanislavovich

Spitalstrasse 21, 4031 Basel, SwitzerlandТел. +41 77 997 0292 

denis.baranovskii@usb.chЛюндупА. В.LyundupA. V.

Москва

Moscow

БалясинМ. В.BalyasinM. V.

Москва

Moscow

КлабуковИ. Д.KlabukovI. D.

Москва

Moscow

КрасильниковаО. А.KrasilnikovaO. A.

Москва

Moscow

КрашенинниковМ. Е.KrasheninnikovM. E.

Москва

Moscow

ПаршинВ. Д.ParshinV. D.

Москва

Moscow

Университетский госпиталь БазеляШвейцарияUniversity Hospital of BaselSwitzerlandФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский университет)РоссияSechenov First Moscow State Medical UniversityRussian Federation2019020220202148895Copyright © Барановский Д.С., Люндуп А.В., Балясин М.В., Клабуков И.Д., Красильникова О.А., Крашенинников М.Е., Паршин В.Д., 20202020Барановский Д.С., Люндуп А.В., Балясин М.В., Клабуков И.Д., Красильникова О.А., Крашенинников М.Е., Паршин В.Д.Baranovsky D.S., Lyundup A.V., Balyasin M.V., Klabukov I.D., Krasilnikova O.A., Krasheninnikov M.E., Parshin V.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.transpl.ru/vtio/article/view/1110

Ревитализация децеллюляризированных или девитализированных матриксов для тканевой инженерии трахеи, как правило, предполагает заселение матрикса-носителя на основе донорской хрящевой ткани аутологичными клетками реципиента или аллогенными клетками в условиях длительного культивирования. Цель работы – изучить эффективность колонизации девитализированных матриксов на основе естественной хрящевой ткани трахеи человека назальными хондроцитами человека при добавлении к питательной среде провоспалительного цитокина Интерлейкин-1-бета (IL-1β). Материалы и методы. Матриксы-носители для тканевой инженерии трахеи получали на основе естественной хрящевой ткани трахеи человека методом девитализации и лазерного травления. Ревитализацию матриксов проводили путем заселения назальных хондроцитов человека. Гистологическое исследование проводили после окрашивания гематоксилином и сафранином-О с дальнейшей микроскопией на световом микроскопе Nikon Eclipse L200. Рентгеновская микротомография выполнялась на аппарате Phoenix nanotom m. Электронная микроскопия проводилась на установке Nova NanoSEM 230. Результаты. Выявлено статистически значимое увеличение интенсивности колонизации назальными хондроцитами (p = 0,0008) и стимулирование их миграционной активности (p < 0,0001) в присутствии IL-1β по сравнению с контрольными группами. Выводы. Добавление провоспалительного цитокина IL-1β в концентрации 1 мкг/мл к питательной среде способствует объемному заселению девитализированного хрящевого матрикса назальными хондроцитами человека, позволяя создавать высокоревитализированные материалы для тканевой инженерии трахеи.

Revitalization of decellularized or devitalized matrix scaffolds in tracheal tissue engineering typically involves seeding the autologous recipient cells or allogeneic cells under long-term cultivation. Objective: to study the capability of human nasal chondrocytes for colonization of devitalized scaffolds based on native human tracheal cartilage, with proinflammatory stimulation (cytokine) by adding Interleukin-1-beta (IL-1β) to the culture medium. Materials and methods. Scaffolds for tracheal tissue engineering were obtained from native human tracheal cartilage through devitalization and laser etching. The scaffold was revitalized by seeding the human nasal chondrocytes. Histological examination was performed after staining with hematoxylin and safranin-O, with further microscopy using a Nikon Eclipse L200 light microscope. X-ray microtomography was performed on a Phoenix nanotom m apparatus. Electron microscopy was performed on a Nova NanoSEM 230 setup. Results. There was statistically significant increase in the intensity of colonization (p = 0.0008) with nasal chondrocytes and stimulation of their migration activity (p < 0.0001) in the presence of IL-1β compared with the control groups. Conclusion. Addition of proinflammatory cytokine IL-1β (1 μg/ml) to the culture medium enhances volumetric seeding of devitalized cartilage scaffold with human nasal chondrocytes, allowing to create highly revitalized materials for tracheal tissue engineering.

витализациявоспалениеинтерлейкин‑1‑бета (ИЛ‑1β)клеткилазерное травлениеревитализациятканевая инженерияфизиологическая совместимостьхондроцитыхрящевой матриксvitalizationinflammationinterleukin‑1‑beta (IL‑1β)cultured cellslaser etchingrevitalizationtissue engineeringphysiological relevancechondrocytescartilage matrixНастоящая работа выполнена при поддержке соглашения о субсидии Минобрнауки РФ № 14.614.21.0001 (ID RFMEFI61417X0001) с использованием оборудования ЦКП «Регенеративная медицина» (ID 310020) и УНУ (506197).ReferencesБарановский ДС, Демченко АГ, Оганесян РВ, Лебедев ГВ, Берсенева ДА, Балясин МВ и др. Получение бесклеточного матрикса хряща трахеи для тканеинженерных конструкций. Вестник Российской академии медицинских наук. 2017; 72 (4): 254–260. doi: 10.15690/vramn723.Baranovsky DS, Demchenko AG, Oganesyan RV, Lebedev GV, Berseneva DA, Balyasin MV et al. Acellular tracheal cartilaginous scaffold producing for tissue-engineered constructs. Vestn Ross Akad Med Nauk. 2017; 72 (4): 254–260. [In Russ, English abstract]. doi: 10.15690/vramn723.Куевда ЕВ, Губарева ЕА, Сотниченко АС, Гуменюк ИС, Гилевич ИВ, Поляков ИС и др. Опыт перфузионной рецеллюляризации биологического каркаса легких крысы. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2016; 18 (1): 38–44. doi: 10.15825/1995-1191-2016-1-38-44.Kuevda EV, Gubareva EA, Sotnichenko AS, Gumenyuk IS, Gilevich IV, Polyakov IS et al. Experience of perfusion recellularization of biological lung scaffold in rats. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2016; 18 (1): 38–44. [In Russ, English abstract]. doi: 10.15825/1995-1191-2016-1-38-44.Люндуп АВ, Демченко АГ, Тенчурин ТХ, Крашенинников МЕ, Клабуков ИД, Шепелев АД и др. Повышение эффективности заселения биодеградируемых матриксов стромальными и эпителиальными клетками при динамическом культивировании. Гены и клетки. 2016; 11 (3): 102–107.Lyundup AV, Demchenko AG, Tenchurin TH, Krasheninnikov ME, Klabukov ID, Shepelev AD et al. Improving the seeding effectiveness of stromal and epithelial cell cultures in biodegradable matrixes by dynamic cultivation. Genes and Cells. 2016; 11 (3): 102–107. [In Russ, English abstract].Bourgine PE, Gaudiello E, Pippenger B, Jaquiery C, Klein T, Pigeot S et al. Engineered extracellular matrices as biomaterials of tunable composition and function. Adv Funct Mater. 2017; 27 (7): 1605486. doi: 10.1002/adfm.201605486.Bourgine PE, Gaudiello E, Pippenger B, Jaquiery C, Klein T, Pigeot S et al. Engineered extracellular matrices as biomaterials of tunable composition and function. Adv Funct Mater. 2017; 27 (7): 1605486. doi: 10.1002/adfm.201605486.Lammi MJ, Piltti J, Prittinen J, Qu C. Challenges in Fabrication of Tissue-Engineered Cartilage with Correct Cellular Colonization and Extracellular Matrix Assembly. Int J Mol Sci. 2018; 19 (9): 2700. doi: 10.3390/ijms19092700.Lammi MJ, Piltti J, Prittinen J, Qu C. Challenges in Fabrication of Tissue-Engineered Cartilage with Correct Cellular Colonization and Extracellular Matrix Assembly. Int J Mol Sci. 2018; 19 (9): 2700. doi: 10.3390/ijms19092700.Smajic J, Tupkovic LR, Husic S, Avdagic SS, Hodzic S, Imamovic S. Systemic inflammatory response syndrome in surgical patients. Med Arch. 2018; 72 (2): 116–119. doi: 10.5455/medarh.2018.72.116-119.Smajic J, Tupkovic LR, Husic S, Avdagic SS, Hodzic S, Imamovic S. Systemic inflammatory response syndrome in surgical patients. Med Arch. 2018; 72 (2): 116–119. doi: 10.5455/medarh.2018.72.116-119.Iwamoto M, Koike T, Nakashima K, Sato K, Kato Y. Interleukin 1: a regulator of chondrocyte proliferation. Immunol Lett. 1989; 21 (2): 153–156. doi: 10.1016/01652478(89)90052-7.Iwamoto M, Koike T, Nakashima K, Sato K, Kato Y. Interleukin 1: a regulator of chondrocyte proliferation. Immunol Lett. 1989; 21 (2): 153–156. doi: 10.1016/01652478(89)90052-7.Simsa-Maziel S, Monsonego-Ornan E. Interleukin-1β promotes proliferation and inhibits differentiation of chondrocytes through a mechanism involving down-regulation of FGFR-3 and p21. Endocrinology. 2012; 153 (5): 2296–2310. doi: 10.1210/en.2011-1756.Simsa-Maziel S, Monsonego-Ornan E. Interleukin-1β promotes proliferation and inhibits differentiation of chondrocytes through a mechanism involving down-regulation of FGFR-3 and p21. Endocrinology. 2012; 153 (5): 2296–2310. doi: 10.1210/en.2011-1756.Mumme M, Scotti C, Papadimitropoulos A, Todorov A, Hoffmann W, Bocelli-Tyndall C et al. Interleukin-1β modulates endochondral ossification by human adult bone marrow stromal cells. Eur Cell Mater. 2012; 24: 224–236. doi: 10.22203/eCM.v024a16.Mumme M, Scotti C, Papadimitropoulos A, Todorov A, Hoffmann W, Bocelli-Tyndall C et al. Interleukin-1β modulates endochondral ossification by human adult bone marrow stromal cells. Eur Cell Mater. 2012; 24: 224–236. doi: 10.22203/eCM.v024a16.Joos H, Albrecht W, Laufer S, Reichel H, Brenner RE. IL-1β regulates FHL2 and other cytoskeleton-related genes in human chondrocytes. Mol Med. 2008; 14 (3–4): 150–159. doi: 10.2119/2007-00118.Joos.Joos H, Albrecht W, Laufer S, Reichel H, Brenner RE. IL-1β regulates FHL2 and other cytoskeleton-related genes in human chondrocytes. Mol Med. 2008; 14 (3–4): 150–159. doi: 10.2119/2007-00118.Joos.Chowdhury TT, Appleby RN, Salter DM, Bader DA, Lee DA. Integrin-mediated mechanotransduction in IL1β stimulated chondrocytes. Biomech Model Mechanobiol. 2006; 5 (2–3): 192. doi: 10.1007/s10237-0060032-3.Chowdhury TT, Appleby RN, Salter DM, Bader DA, Lee DA. Integrin-mediated mechanotransduction in IL1β stimulated chondrocytes. Biomech Model Mechanobiol. 2006; 5 (2–3): 192. doi: 10.1007/s10237-0060032-3.Bader DL, Salter DM, Chowdhury TT. Biomechanical influence of cartilage homeostasis in health and disease. Arthritis. 2011; 2011: 979032. doi: 10.1155/2011/979032Bader DL, Salter DM, Chowdhury TT. Biomechanical influence of cartilage homeostasis in health and disease. Arthritis. 2011; 2011: 979032. doi: 10.1155/2011/979032Preiss DS, Meyle J. Interleukin-1β concentration of gingival crevicular fluid. J Periodontol. 1994; 65 (5): 423–428. doi: 10.1902/jop.1994.65.5.423.Preiss DS, Meyle J. Interleukin-1β concentration of gingival crevicular fluid. J Periodontol. 1994; 65 (5): 423–428. doi: 10.1902/jop.1994.65.5.423.Bielemann AM, Marcello-Machado RM, Leite FRM, Martinho FC, Chagas-Júnior OL, Del Bel Cury AA et al. Comparison between inflammation-related markers in peri-implant crevicular fluid and clinical parameters during osseointegration in edentulous jaws. Clin Oral Investig. 2018; 22 (1): 531–543. doi: 10.1007/s00784017-2169-0.Bielemann AM, Marcello-Machado RM, Leite FRM, Martinho FC, Chagas-Júnior OL, Del Bel Cury AA et al. Comparison between inflammation-related markers in peri-implant crevicular fluid and clinical parameters during osseointegration in edentulous jaws. Clin Oral Investig. 2018; 22 (1): 531–543. doi: 10.1007/s00784017-2169-0.Lillie RD. HJ Conn’s Biological Stains. 9th ed. Baltimore: Williams & Wilkins; 1977.Lillie RD. HJ Conn’s Biological Stains. 9th ed. Baltimore: Williams & Wilkins; 1977.Grogan SP, Barbero A, Winkelmann V, Rieser F, Fitzsimmons JS, O’Driscoll S et al. Visual Histological Grading System for the Evaluation of in vitro-Generated Neocartilage. Tissue Eng. 2006; 12 (8): 2141–2149. doi: 10.1089/ten.2006.12.2141.Grogan SP, Barbero A, Winkelmann V, Rieser F, Fitzsimmons JS, O’Driscoll S et al. Visual Histological Grading System for the Evaluation of in vitro-Generated Neocartilage. Tissue Eng. 2006; 12 (8): 2141–2149. doi: 10.1089/ten.2006.12.2141.Akanji OO, Sakthithasan P, Salter DM, Chowdhury TT. Dynamic compression alters NFκB activation and IκB-α expression in IL-1β-stimulated chondrocyte/agarose constructs. Inflamm Res. 2010; 59 (1): 41–52. doi: 10.1007/s00011-009-0068-9.Akanji OO, Sakthithasan P, Salter DM, Chowdhury TT. Dynamic compression alters NFκB activation and IκB-α expression in IL-1β-stimulated chondrocyte/agarose constructs. Inflamm Res. 2010; 59 (1): 41–52. doi: 10.1007/s00011-009-0068-9.Smith DW, Gardiner BS, Zhang L, Grodzinsky AJ. Cartilage Tissue Homeostasis. Articular Cartilage Dynamics. Singapore: Springer; 2019: 65–243. doi: 10.1007/978981-13-1474-2_2.Smith DW, Gardiner BS, Zhang L, Grodzinsky AJ. Cartilage Tissue Homeostasis. Articular Cartilage Dynamics. Singapore: Springer; 2019: 65–243. doi: 10.1007/978981-13-1474-2_2.Goldring MB, Birkhead JR, Suen LF, Yamin R, Mizuno S, Glowacki J et al. Interleukin-1 beta-modulated gene expression in immortalized human chondrocytes. J Clin Invest. 1994; 94 (6): 2307–2316. doi: 10.1172/JCI117595.Goldring MB, Birkhead JR, Suen LF, Yamin R, Mizuno S, Glowacki J et al. Interleukin-1 beta-modulated gene expression in immortalized human chondrocytes. J Clin Invest. 1994; 94 (6): 2307–2316. doi: 10.1172/JCI117595.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.