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 Federation10.15825/1995-1191-2022-4-60-72vtio-1518Research ArticleРегенеративная медицина и клеточные технологииRegenerative Medicine and Cell TechnologiesКоррекция хронической печеночной недостаточности в эксперименте путем имплантации клеточно-инженерных конструкций: морфофункциональные характеристикиTreatment of chronic liver disease using cell‑engineered constructs: morphofunctional characteristicsШагидулинМ. Ю.ShagidulinM. Yu.

Шагидулин Мурат Юнусович

123182, Москва, ул. Щукинская, д. 1

Тел. (499) 196-87-90

Murat Shagidulin

1, Shchukinskaya str., Moscow, 123182, Russian Federation

Phone: (499) 196-87-90

dr.shagidulin@mail.ruОнищенкоН. А.OnishchenkoN. A.

Москва

Moscow

ГречинаА. В.GrechinaA. V.

Москва

Moscow

КрашенинниковМ. Е.KrasheninnikovM. E.

Москва

Moscow

НикольскаяА. О.NikolskayaA. O.

Москва

Moscow

ВолковаЕ. А.VolkovaE. A.

Москва

Moscow

МожейкоН. П.MogeikoN. P.

Москва

Moscow

БояриноваН. А.BoiarinovaN. A.

Москва

Moscow

ЛюндупА. В.LyundupA. V.

Москва

Moscow

ПьявченкоГ. А.PiavchenkoG. A.

Москва

Moscow

ДавыдоваЛ. И.DavydovaL. I.

Москва

Moscow

АрхиповаА. Ю.ArhipovaA. Yu.

Москва

Шэньчжэнь

Moscow

Shenzhen

БогушВ. Г.BogushV. G.

Москва

Moscow

ГотьеС. В.GautierS. V.

Москва

Moscow

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России; ФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет)РоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs; Sechenov UniversityRussian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава РоссииРоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial OrgansRussian FederationФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский университет)РоссияSechenov UniversityRussian FederationФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов»РоссияRUDN UniversityRussian FederationФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»РоссияKurchatov InstituteRussian FederationФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»; МГУ-ППИРоссияMoscow State University; Shenzhen MSU-BIT UniversityRussian Federation2022090820222446072Copyright © Шагидулин М.Ю., Онищенко Н.А., Гречина А.В., Крашенинников М.Е., Никольская А.О., Волкова Е.А., Можейко Н.П., Бояринова Н.А., Люндуп А.В., Пьявченко Г.А., Давыдова Л.И., Архипова А.Ю., Богуш В.Г., Готье С.В., 20222022Шагидулин М.Ю., Онищенко Н.А., Гречина А.В., Крашенинников М.Е., Никольская А.О., Волкова Е.А., Можейко Н.П., Бояринова Н.А., Люндуп А.В., Пьявченко Г.А., Давыдова Л.И., Архипова А.Ю., Богуш В.Г., Готье С.В.Shagidulin M.Y., Onishchenko N.A., Grechina A.V., Krasheninnikov M.E., Nikolskaya A.O., Volkova E.A., Mogeiko N.P., Boiarinova N.A., Lyundup A.V., Piavchenko G.A., Davydova L.I., Arhipova A.Y., Bogush V.G., Gautier S.V.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/1518Цель

Цель: на экспериментальной модели хронической печеночной недостаточности (ХПН) изучить эффективность коррекции морфофункциональных характеристик состояния печени с помощью имплантируемых в нее клеточно-инженерных конструкций (КИК).

Материалы и методы

Материалы и методы. Опыты проведены на крысахсамцах породы Вистар (n = 80) в возрасте 6–8 месяцев с исходной массой 230–250 г. Моделирование ХПН осуществляли путем затравки крыс 60% масляным раствором CCl4 по модифицированной схеме в течение 42 суток. В качестве матрикса для изготовления КИК использовали микрогель на основе рекомбинантного спидроина rS1/9. Клеточным компонентом КИК служили аллогенные клетки печени (КП) и мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки костного мозга (ММСК КМ) здорового донора. Эффективность корригирующего воздействия имплантируемых КИК оценивали на экспериментальной модели ХПН (n = 60) в двух группах крыс: 1-я группа – контроль (n = 20), в паренхиму поврежденной печени вводили 1 мл физиологического раствора; 2-я группа – экспериментальная (n = 40), в паренхиму поврежденной печени имплантировали КИК, содержащие аллогенные КП и ММСК КМ в соотношении 5 : 1 в объеме 1 мл. Для осуществления длительного наблюдения за состоянием КИК их маркировали путем дополнительного включения в состав Цитодекса-3. Эффективность регуляторного воздействия КИК на восстановительные процессы в печени оценивали с помощью биохимических, морфологических и морфометрических методов, а также метода проточной цитофлуометрии на сроке 90 суток после имплантации.

Результаты

Результаты. В контрольной группе летальность при моделировании ХПН составила 25%. Летальность в экспериментальной группе с ХПН при имплантации КИК отсутствовала. Установлено корригирующее воздействие КИК на используемые биохимические и морфологические показатели состояния печени при ХПН в течение 90 суток наблюдения при сопутствующем сохранении структурного гомеостаза клеток в имплантируемых КИК.

Заключение

Заключение. Использование КИК, имплантируемых в печень, позволяет осуществлять эффективную коррекцию ХПН путем активации восстановительных процессов в поврежденной печени, которая обусловлена длительным сохранением структурного гомеостаза клеток, включенных в состав КИК.

Objective

Objective: to study the effectiveness of correcting the morphofunctional characteristics of the liver in an experimental model of chronic liver disease (CLD), using implanted cell-engineered constructs (CECs).

Materials and methods

Materials and methods. Experiments were carried out on male Wistar rats (n = 80) aged 6–8 months with an initial weight of 230–250 g. CLD was modeled by inoculating the rats with 60% CCl4 oil solution for 42 days based on a modified scheme. Microgel based on recombinant spidroin rS1/9 was used as a matrix for CECs fabrication. Allogeneic liver cells (LCs) and multipotent bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) from a healthy donor were used as the cellular component of the CECs. The effectiveness of the corrective effect of the implanted CECs was assessed in an experimental CLD model (n = 60) in two groups of rats: Group 1 (control, n = 20, 1 mL of saline solution was injected into the damaged liver parenchyma) and Group 2 (experimental, n = 40, CECs containing allogenic LCs and BM-MSCs in a 5 : 1 ratio in a volume of 1 mL were implanted into the damaged liver parenchyma). For long-term monitoring of the CEC state, the CECs were labeled by additional inclusion in Cytodex-3. The effectiveness of the regulatory effect of CECs on regenerative processes in the liver was evaluated using biochemical, morphological and morphometric techniques, as well as by flow cytometry at 90 days after implantation.

Results

Results. In the control group, the mortality rate in CLD was 25%. There was no death in the experimental group with CLD after CEC implantation. The CECs were found to have a corrective effect on the biochemical and morphological parameters of the liver in CLD during 90 days of follow-up, with concomitant preservation of structural cellular homeostasis in the implanted CECs. Conclusion. Implantation of CECs in the liver facilitates effective correction of CLD by activating regenerative processes in the damaged liver, which is due to long-term preservation of structural cellular homeostasis in the CECs.

регенеративная медицинакоррекция хронической печеночной недостаточностиматриксмикрогельклетки печениММСК КМклеточно-инженерные конструкцииregenerative medicinechronic liver disease treatmentmatrixmicrogelliver cellsbone marrow-derived mesenchymal stem cellscell-engineered constructsРабота выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках соглашения № 075-15-2021-1357ReferencesТрансплантология и искусственные органы: учебник / Под ред. акад. РАН С.В. Готье. М.: Лаборатория знаний, 2018; 319.Transplantologija i iskusstvennye organy: uchebnik / Pod red. akad. RAN S.V. Gautier. M.: Laboratorija znanij, 2018; 319.Готье СВ, Константинов БА, Цирульникова ОМ. Трансплантация печени. М.: МИА, 2008; 246.Gautier SV, Konstantinov BA, Cirul’nikova OM. Transplantacija pecheni. M.: MIA, 2008; 246.Mokdad A, Lopez A, Shahraz S, Lozano R, Mokdad A, Stanaway J et al. Liver cirrhosis mortality in 187 countries between 1980 and 2010: a systematic analysis. BMC. Med. 2014; 12: 145. doi: 10.1186/s12916-014-0145-y.Mokdad A, Lopez A, Shahraz S, Lozano R, Mokdad A, Stanaway J et al. Liver cirrhosis mortality in 187 countries between 1980 and 2010: a systematic analysis. BMC. Med. 2014; 12: 145. doi: 10.1186/s12916-014-0145-y.World health statistics 2021: monitoring health for the SDGs, sustainable development goals World Health Organization, https: apps.who.int/iris/handle/10665/342703.World health statistics 2021: monitoring health for the SDGs, sustainable development goals World Health Organization, https: apps.who.int/iris/handle/10665/342703.www.eurotransplant.nl/files/statistics.www.eurotransplant.nl/files/statistics.Atala A. Building Organs for the Future. Transplantation. 2016; 100: 1595–15956. doi: 10.1097/TP.0000000000001301.Atala A. Building Organs for the Future. Transplantation. 2016; 100: 1595–15956. doi: 10.1097/TP.0000000000001301.Методические рекомендации по проведению доклинических исследований биомедицинских клеточных продуктов / Под ред. акад. В.А. Ткачука. М.: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 2017; 256.Metodicheskie rekomendacii po provedeniju doklinicheskih issledovanij biomedicinskih kletochnyh produktov / Pod red. akad. V.A. Tkachuka. M.: Moskovskij gosudarstvennyj universitet imeni M.V. Lomonosova, 2017; 256.Шагидулин МЮ. Разработка и экспериментальное исследование клеточно-инженерных конструкций печени для лечения печеночной недостаточности: дис. … докт. мед. наук. М., 2015; 257.Shagidulin MJu. Razrabotka i jeksperimental’noe issledovanie kletochnoinzhenernyh konstrukcij pecheni dlja lechenija pechjonochnoj nedostatochnosti. [Dissertation]. M., 2015; 257.Bogush VG, Sokolova OS, Davydova LI et al. A novel model system for design of biomaterials based on recombinant analogs of spider silk proteins. J Neuroimmune Pharmacol. 2009; 4 (1): 17–27. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.02.013.Bogush VG, Sokolova OS, Davydova LI et al. A novel model system for design of biomaterials based on recombinant analogs of spider silk proteins. J Neuroimmune Pharmacol. 2009; 4 (1): 17–27. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.02.013.Debabov V, Bogush V. Recombinant Spidroins as the Basis for New Materials. ACS Biomater Sci Eng. 2020; 6: 3745–3761. https: doi.org/10.1021/acsbiomaterials.0c00109.Debabov V, Bogush V. Recombinant Spidroins as the Basis for New Materials. ACS Biomater Sci Eng. 2020; 6: 3745–3761. https: doi.org/10.1021/acsbiomaterials.0c00109.Nosenko MA, Moysenovich AM, Zvartsev RV, Arkhipova AY, Zhdanova AS, Agapov II et al. Novel Biodegradable Polymeric Microparticles Facilitate Scarless Wound Healing by Promoting Re-epithelialization and Inhibiting Fibrosis. Front Immunol. 2018; 9: 2851. doi: 10.3389/fimmu.2018.02851. eCollection 2018.Nosenko MA, Moysenovich AM, Zvartsev RV, Arkhipova AY, Zhdanova AS, Agapov II et al. Novel Biodegradable Polymeric Microparticles Facilitate Scarless Wound Healing by Promoting Re-epithelialization and Inhibiting Fibrosis. Front Immunol. 2018; 9: 2851. doi: 10.3389/fimmu.2018.02851. eCollection 2018.Готье СВ, Шагидулин МЮ, Онищенко НА, Крашенинников МЕ, Севастьянов ВИ. Способ и трансплантат для лечения печеночной недостаточности. Патент № 2010110063/14(014141). 03.03.2011.Gautier SV, Shagidulin MJu, Onishhenko NA, Krasheninnikov ME, Sevast’janov VI. Sposob i transplantat dlja lechenija pechenochnoj nedostatochnosti. Patent № 2010110063/14(014141). 03.03.2011.Автандилов ГГ. Медицинская морфометрия: руководство. М.: Медицина, 1990; 384. Avtandilov GG. Medicinskaja morfometrija: rukovodstvo. M.: Medicina, 1990; 384.Avtandilov GG. Medicinskaja morfometrija: rukovodstvo. M.: Medicina, 1990; 384.Ishak K et al. Гистологическая оценка стадии и степени хронического гепатита. Клиническая гепатология. 2010; 2: 8–11.Ishak K et al. Gistologicheskaja ocenka stadii i stepeni hronicheskogo gepatita. Klinicheskaja gepatologija. 2010; 2: 8–11.Pradhan P, Guo S, Ryabchykov O, Popp J, Bocklitz TW. Deep learning a boon for biophotonics? J Biophotonics. 2020; 13: e201960186. https://doi.org/10.1002/jbio.201960186.Pradhan P, Guo S, Ryabchykov O, Popp J, Bocklitz TW. Deep learning a boon for biophotonics? J Biophotonics. 2020; 13: e201960186. https://doi.org/10.1002/jbio.201960186.Rivenson Y, Wang H, Wei Z et al. Virtual histological staining of unlabelled tissue-autofluorescence images via deep learning. Nat Biomed Eng. 2019; 3: 466–477. https://doi.org/10.1038/s41551-019-0362-y.Rivenson Y, Wang H, Wei Z et al. Virtual histological staining of unlabelled tissue-autofluorescence images via deep learning. Nat Biomed Eng. 2019; 3: 466–477. https://doi.org/10.1038/s41551-019-0362-y.Macenko M, Niethammer M, Marron JS, Borland D, Woosley JT, Guan X et al. A method for normalizing histology slides for quantitative analysis. 2009 IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro. 2009: 1107–1110. doi: 10.1109/ISBI.2009.5193250.Macenko M, Niethammer M, Marron JS, Borland D, Woosley JT, Guan X et al. A method for normalizing histology slides for quantitative analysis. 2009 IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro. 2009: 1107–1110. doi: 10.1109/ISBI.2009.5193250.Godoy P, Hewitt NJ, Albrecht U, Andersen ME et al. Recent advances in 2D and 3D in vitro systems using primary hepatocytes, alternative hepatocyte sources and non-parenchymal liver cells and their use in investigating mechanisms of hepatotoxicity, cell signaling and ADME. Arch Toxicol. 2013; 87 (8): 1315–1530. doi: 10.1007/s00204-013-1078-5.Godoy P, Hewitt NJ, Albrecht U, Andersen ME et al. Recent advances in 2D and 3D in vitro systems using primary hepatocytes, alternative hepatocyte sources and non-parenchymal liver cells and their use in investigating mechanisms of hepatotoxicity, cell signaling and ADME. Arch Toxicol. 2013; 87 (8): 1315–1530. doi: 10.1007/s00204-013-1078-5.

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