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 Federation10.15825/1995-1191-2017-2-78-89vtio-755Research ArticleРегенеративная медицина и клеточные технологииRegenerative Medicine and Cell TechnologiesВлияние природы матрикса на функциональную эффективность биомедицинского клеточного продукта для регенерации поврежденной печени (экспериментальная модель острой печеночной недостаточности)Influence of matrix nature on the functional efficacy of biomedical cell product for the regeneration of damaged liver (experimental model of acute liver failure)ГотьеС. В.GautierS. V.ШагидулинМ. Ю.ShagidulinM. Yu.ОнищенкоН. А.OnishchenkoN. A.ИльинскийИ. М.IljinskyI. M.СевастьяновВ. И.SevastianovV. I.viksev@yandex.ruФГБУ «Федеральный научный 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)РоссияV.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Healthcare of the Russian FederationRussian FederationФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава РоссииРоссияV.I. Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs of the Ministry of Healthcare of the Russian FederationRussian Federation2017220620171927889Copyright © Готье С.В., Шагидулин М.Ю., Онищенко Н.А., Ильинский И.М., Севастьянов В.И., 20172017Готье С.В., Шагидулин М.Ю., Онищенко Н.А., Ильинский И.М., Севастьянов В.И.Gautier S.V., Shagidulin M.Y., Onishchenko N.A., Iljinsky I.M., Sevastianov V.I.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/755

Цель. На экспериментальной модели острой печеночной недостаточности проведен сравнительный анализ функциональной эффективности биомедицинских клеточных продуктов (БМКП) для регенерации поврежденной печени на основе биополимерных каркасного пористого и гидрогелевого матриксов. Материалы и методы. В качестве матриксов для БМКП использовали разрешенные к клиническому применению каркасный матрикс в виде губки из биополимерного наноструктурированного композиционного материала (БНКМ) на основе высокоочищенного бактериального сополимера поли (β-оксибутират-со-β-оксивалерат) и полиэтиленгликоля и гидрогелевый матрикс из биополимерного микрогетерогенного коллагенсодержащего гидрогеля (БМКГ). Клеточной компонентой БМКП были клетки печени и мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки костного мозга. Функциональную эффективность БМКП для регенерации поврежденной печени оценивали на экспериментальной модели острой печеночной недостаточности на крысах породы Вистар (n = 40) биохимическими, морфологическими и иммуногистохимическими методами. Результаты. При имплантации БМКП для регенерации поврежденной печени на основе каркасного БНКМ или гидрогелевого БМКГ матриксов летальность у крыс с острой печеночной недостаточностью отсутствовала, в то время как в контроле она составила 66,6%. Восстановление уровня активности цитолитических ферментов и белково-синтетической функции печени наступало к 9-м суткам после моделирования острой печеночной недостаточности в отличие от контрольной группы, в которой восстановление наступало только к 18–21-м суткам. Оба матрикса поддерживали жизнеспособность и функциональную активность печеночных клеток до 90 суток с формированием в БМКП кровеносных сосудов. Полученные данные подтверждают, что каркасный матрикс БНКМ и гидрогелевый матрикс БМКГ длительно (до 90 суток) сохраняют жизнедеятельность адгезированных клеток в составе БМКП, что позволяет использовать их для коррекции острой печеночной недостаточности. Вместе с тем гидрогелевый матрикс благодаря наличию биоактивных компонентов способствует созданию наилучших условий для адгезии и жизнедеятельности клеток, что ускоряет процессы регенерации в поврежденной печени по сравнению с БМКП на каркасном матриксе. Заключение. Обнаружена статистически достоверная разница между функциональной эффективностью исследованных БМКП на основе матриксов БМКГ и БНКМ. Для регенерации поврежденной печени более эффективными оказались БМКП на основе гидрогелевого матрикса БМКГ.

Aim. A comparative analysis of the functional efficacy of biomedical cell products (BMCP) for the regeneration of damaged liver based on biopolymer scaffolded porous and hydrogel matrices was performed on the experimental model of acute liver failure. Materials and methods. Matrices allowed for clinical use were employed for BMCP in the form of a sponge made from biopolymer nanostructured composite material (BNCM) based on a highly purified bacterial copolymers of poly (β-hydroxybutyrate-co-β-oxyvalerate) and polyethylene glycol and a hydrogel matrix from biopolymer microheterogeneous collagen-containing hydrogel (BMCH). Cellular component of BMCP was represented by liver cells and multipotent mesenchymal bone marrow stem cells. The functional efficacy of BMCP for the regeneration of damaged liver was evaluated on the experimental model of acute liver failure in Wistar rats (n = 40) via biochemical, morphological, and immunohistochemical methods. Results. When BMCP was implanted to regenerate the damaged liver on the basis of the scaffolded BNCM or hydrogel BMCH matrices, the lethality in rats with acute liver failure was absent; while in control it was 66.6%. Restoration of the activity of cytolytic enzyme levels and protein-synthetic liver function began on day 9 after modeling acute liver failure, in contrast to the control group, where recovery occurred only by days 18–21. Both matrices maintained the viability and functional activity of liver cells up to 90 days with the formation of blood vessels in BMCP. The obtained data confirm that scaffolded BNCM matrix and hydrogel BMCH matrix retain for a long time (up to 90 days) the vital activity of the adherent cells in the BMCP composition, which allows using them to correct acute liver failure. At the same time, hydrogel matrix due to the presence of bioactive components contributes to the creation of the best conditions for adhesion and cell activity which accelerate the regeneration processes in the damaged liver compared to BMCP on scaffolded matrix. Conclusion. A statistically significant difference was found between the functional efficacy of the BMCP studied based on BNCM and BMCH matrices. BMCP based on hydrogel BMCH matrix was more effective for the regeneration of damaged liver.

регенеративная медицинаострая печеночная недостаточностьэкспериментальная модельбиомедицинский клеточный продуктбиодеградируемый матриксклетки печениММСК КМregenerative medicineacute liver failureexperimental modelbiomedical cell productbiodegradable matrixliver cellsMMSC BMReferencesГотье СВ, Константинов БА, Цирульникова ОМ. Трансплантация печени. М.: МИА, 2008. 246. Gautier SV, Konstantinov BA, Cirul’nikova OM. Transplantaciya pecheni. M.: MIA, 2008. 246.Готье СВ, Константинов БА, Цирульникова ОМ. Трансплантация печени. М.: МИА, 2008. 246. Gautier SV, Konstantinov BA, Cirul’nikova OM. Transplantaciya pecheni. M.: MIA, 2008. 246.Исраилова ВК, Айткожин ГК. Современные представления о печеночной недостаточности и методы их лечения. Вестн. КАЗМНУ. 2012; 1: 36–44. Israilova VK, Ajtkozhin GK. Sovremennye predstavleniya o pechenochnoj nedostatochnosti i metody ih lecheniya. Vestn. KAZMNU. 2012; 1: 36–44.Исраилова ВК, Айткожин ГК. Современные представления о печеночной недостаточности и методы их лечения. Вестн. КАЗМНУ. 2012; 1: 36–44. Israilova VK, Ajtkozhin GK. Sovremennye predstavleniya o pechenochnoj nedostatochnosti i metody ih lecheniya. Vestn. KAZMNU. 2012; 1: 36–44.Плеханов АН. Острая печеночная недостаточность – проблемы и перспективы их решения. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2012; 5 (87). Часть 2: 150–159. Plekhanov AN. Ostraya pechenochnaya nedostatochnost’ – problemy i perspektivy ih resheniya. Byulleten’ VSNC SO RAMN. 2012; 5 (87). Chast’ 2: 150–159.Плеханов АН. Острая печеночная недостаточность – проблемы и перспективы их решения. Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2012; 5 (87). Часть 2: 150–159. Plekhanov AN. Ostraya pechenochnaya nedostatochnost’ – problemy i perspektivy ih resheniya. Byulleten’ VSNC SO RAMN. 2012; 5 (87). Chast’ 2: 150–159.Онищенко НА, Люндуп АВ, Шагидулин МЮ, Кра­шенинников МЕ. Синусоидальные клетки печени и клетки костного мозга как компоненты единой функциональной системы регуляции восстановительного морфогенеза в здоровой и поврежденной печени. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2011; 2. Т. VI: 73–87. Onishchenko NA, Lyundup AV, Shagidulin MYu, Krasheninnikov ME. Sinusoidal’nye kletki pecheni i kletki kostnogo mozga kak komponenty edinoj funkcional’noj sistemy regulyacii vosstanovitel’nogo morfogeneza v zdorovoj i povrezhdennoj pecheni. Kletochnaya transplantologiya i tkanevaya inzheneriya. 2011; 2. T. VI: 73–87.Онищенко НА, Люндуп АВ, Шагидулин МЮ, Кра­шенинников МЕ. Синусоидальные клетки печени и клетки костного мозга как компоненты единой функциональной системы регуляции восстановительного морфогенеза в здоровой и поврежденной печени. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2011; 2. Т. VI: 73–87. Onishchenko NA, Lyundup AV, Shagidulin MYu, Krasheninnikov ME. Sinusoidal’nye kletki pecheni i kletki kostnogo mozga kak komponenty edinoj funkcional’noj sistemy regulyacii vosstanovitel’nogo morfogeneza v zdorovoj i povrezhdennoj pecheni. Kletochnaya transplantologiya i tkanevaya inzheneriya. 2011; 2. T. VI: 73–87.Franquesa M, Hoogduijn MJ, Eggenhofer E, Pinxteren J, Christ B, Obermajer N, Pulin A et al. The MiSOT Study Group. Mesenchymal Stem Cells in Solid Organ Transplantation (MiSOT) Fourth Meeting: Lessons Learned from First Clinical Trials. Transplantation. 2013; 96 (3): 234–238.Franquesa M, Hoogduijn MJ, Eggenhofer E, Pinxteren J, Christ B, Obermajer N, Pulin A et al. The MiSOT Study Group. Mesenchymal Stem Cells in Solid Organ Transplantation (MiSOT) Fourth Meeting: Lessons Learned from First Clinical Trials. Transplantation. 2013; 96 (3): 234–238.Готье СВ, Шагидулин МЮ, Онищенко НА, Краше­нинников МЕ, Ильинский ИМ, Можейко НП, Люн­дуп АВ и др. Коррекция хронической печеночной недостаточности при трансплантации клеток печени в виде суспензии и клеточно-инженерных конструкций (экспериментальное исследование). Вестник РАМН. 2013; 4: 44–51. Gautier SV, Shagidulin MYu, Onishchenko NA, Krasheninnikov ME, Il’inskij IM, Mozhejko NP, Lyundup AV i dr. Korrekciya hronicheskoj pechenochnoj nedostatochnosti pri transplantacii kletok pecheni v vide suspenzii i kletochno-inzhenernyh konstrukcij (ehksperimental’noe issledovanie). Vestnik RAMN. 2013; 4: 44–51.Готье СВ, Шагидулин МЮ, Онищенко НА, Краше­нинников МЕ, Ильинский ИМ, Можейко НП, Люн­дуп АВ и др. Коррекция хронической печеночной недостаточности при трансплантации клеток печени в виде суспензии и клеточно-инженерных конструкций (экспериментальное исследование). Вестник РАМН. 2013; 4: 44–51. Gautier SV, Shagidulin MYu, Onishchenko NA, Krasheninnikov ME, Il’inskij IM, Mozhejko NP, Lyundup AV i dr. Korrekciya hronicheskoj pechenochnoj nedostatochnosti pri transplantacii kletok pecheni v vide suspenzii i kletochno-inzhenernyh konstrukcij (ehksperimental’noe issledovanie). Vestnik RAMN. 2013; 4: 44–51.Онищенко НА, Шагидулин МЮ, Крашенинников МЕ, Великий ДА. Повреждения органов и тканей, требующие применения клеточных технологий. Клеточные технологии для регенеративной медицины. Под ред. Г.П. Пинаева, М.С. Богдановой, М.М. Кольцовой. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. 2011: 25–43. Onishchenko NA, Shagidulin MYu, Krasheninnikov ME, Velikij DA. Povrezhdeniya organov i tkanej, trebuyushchie primeneniya kletochnyh tekhnologij. Kletochnye tekhnologii dlya regenerativnoj mediciny. Pod red. G.P. Pinaeva, M.S. Bogdanovoj, M.M. Kol’covoj. SPb.: Izd-vo Politekhn. un-ta. 2011: 25–43.Онищенко НА, Шагидулин МЮ, Крашенинников МЕ, Великий ДА. Повреждения органов и тканей, требующие применения клеточных технологий. Клеточные технологии для регенеративной медицины. Под ред. Г.П. Пинаева, М.С. Богдановой, М.М. Кольцовой. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. 2011: 25–43. Onishchenko NA, Shagidulin MYu, Krasheninnikov ME, Velikij DA. Povrezhdeniya organov i tkanej, trebuyushchie primeneniya kletochnyh tekhnologij. Kletochnye tekhnologii dlya regenerativnoj mediciny. Pod red. G.P. Pinaeva, M.S. Bogdanovoj, M.M. Kol’covoj. SPb.: Izd-vo Politekhn. un-ta. 2011: 25–43.Allemann F, Mizuno S et al. Effect of hyaluronan on engeneered articular cartilage extracellular matrix gene expression in 3-dimensional collagen scaffolds. J. Biomed. Mater. Res. 2001; 55: 13–19.Allemann F, Mizuno S et al. Effect of hyaluronan on engeneered articular cartilage extracellular matrix gene expression in 3-dimensional collagen scaffolds. J. Biomed. Mater. Res. 2001; 55: 13–19.Hedberg LE, Kroese-Deutman HC, Shih CK et al. Effect of varied release kinetics of the osteogenic thrombin peptide TP508 from biodegradable polymeric scaffolds on bone formation in vivo II. J. Biomed. Mater. Res. 2005; 72A (4): 343–353.Hedberg LE, Kroese-Deutman HC, Shih CK et al. Effect of varied release kinetics of the osteogenic thrombin peptide TP508 from biodegradable polymeric scaffolds on bone formation in vivo II. J. Biomed. Mater. Res. 2005; 72A (4): 343–353.Tan W, Desai MS, Desai TA. Microfluidic patterning of cells in extracellular matrix biopolymers: effect of channel size, cell type, and matrix composition on pattern integrity. Tissue Engineering. 2003; 9 (2): 255–268.Tan W, Desai MS, Desai TA. Microfluidic patterning of cells in extracellular matrix biopolymers: effect of channel size, cell type, and matrix composition on pattern integrity. Tissue Engineering. 2003; 9 (2): 255–268.Соловьева ИВ, Шестерня Н, Перова НВ, Севастья­нов ВИ. Комбинированное применение биополимерного гетерогенного гидрогеля и гиалуроновой кислоты при остеоартрозе (первый опыт). Врач. 2016; 1: 12–17. Solov’eva IV, Shesternya N, Perova NV, Sevast’yanov VI. Kombinirovannoe primenenie biopolimernogo geterogennogo gidrogelya i gialuronovoj kisloty pri osteoartroze (pervyj opyt). Vrach. 2016; 1: 12–17.Соловьева ИВ, Шестерня Н, Перова НВ, Севастья­нов ВИ. Комбинированное применение биополимерного гетерогенного гидрогеля и гиалуроновой кислоты при остеоартрозе (первый опыт). Врач. 2016; 1: 12–17. Solov’eva IV, Shesternya N, Perova NV, Sevast’yanov VI. Kombinirovannoe primenenie biopolimernogo geterogennogo gidrogelya i gialuronovoj kisloty pri osteoartroze (pervyj opyt). Vrach. 2016; 1: 12–17.Соловьева ИВ, Перова НВ, Севастьянов ВИ. Возможности применения биополимерного микрогетерогенного коллагенсодержащего геля при травмах и заболеваниях опорно-двигательного аппарата. Современная медицина. 2016; 2: 66–69. Solov’eva IV, Perova NV, Sevast’yanov VI. Vozmozhnosti primeneniya biopolimernogo mikrogeterogennogo kollagensoderzhashchego gelya pri travmah i zabolevaniyah opornodvigatel’nogo apparata. Sovremennaya medicina. 2016; 2: 66–69.Соловьева ИВ, Перова НВ, Севастьянов ВИ. Возможности применения биополимерного микрогетерогенного коллагенсодержащего геля при травмах и заболеваниях опорно-двигательного аппарата. Современная медицина. 2016; 2: 66–69. Solov’eva IV, Perova NV, Sevast’yanov VI. Vozmozhnosti primeneniya biopolimernogo mikrogeterogennogo kollagensoderzhashchego gelya pri travmah i zabolevaniyah opornodvigatel’nogo apparata. Sovremennaya medicina. 2016; 2: 66–69.Немец ЕА, Ефимов АЕ, Егорова ВА, Тоневицкий АГ, Севастьянов ВИ. Микро- и наноструктурные характеристики трехмерных пористых носителей ЭластоПОБ®-3D. Бюллетень эксперименталь­ной биологии и медицины. 2008; 45 (3): 345–347. Nemec EA, Efimov AE, Egorova VA, Tonevickij AG, Sevast’yanov VI. Mikro- i nanostrukturnye harakteristiki trekhmernyh poristyh nositelej EhlastoPOB®-3D. Byulleten’ ehksperimental’noj biologii i mediciny. 2008; 45 (3): 345–347.Немец ЕА, Ефимов АЕ, Егорова ВА, Тоневицкий АГ, Севастьянов ВИ. Микро- и наноструктурные характеристики трехмерных пористых носителей ЭластоПОБ®-3D. Бюллетень эксперименталь­ной биологии и медицины. 2008; 45 (3): 345–347. Nemec EA, Efimov AE, Egorova VA, Tonevickij AG, Sevast’yanov VI. Mikro- i nanostrukturnye harakteristiki trekhmernyh poristyh nositelej EhlastoPOB®-3D. Byulleten’ ehksperimental’noj biologii i mediciny. 2008; 45 (3): 345–347.Севастьянов ВИ, Немец ЕА, Волова ТГ, Марковце­ва МГ. Трехмерные пористые матриксы для трансплантации клеток на основе биодеградируемого бактериального сополимера «Биопластотан». Перс­пективные материалы. 2007; 6: 5–10. Sevast’yanov VI, Nemec EA, Volova TG, Markovceva MG. Trekhmernye poristye matriksy dlya transplantacii kletok na osnove biodegradiruemogo bakterial’nogo sopolimera «Bioplastotan». Perspektivnye materialy. 2007; 6: 5–10.Севастьянов ВИ, Немец ЕА, Волова ТГ, Марковце­ва МГ. Трехмерные пористые матриксы для трансплантации клеток на основе биодеградируемого бактериального сополимера «Биопластотан». Перс­пективные материалы. 2007; 6: 5–10. Sevast’yanov VI, Nemec EA, Volova TG, Markovceva MG. Trekhmernye poristye matriksy dlya transplantacii kletok na osnove biodegradiruemogo bakterial’nogo sopolimera «Bioplastotan». Perspektivnye materialy. 2007; 6: 5–10.Seglen O. Preparation of isolated rat liver cells. Methods. Cell. Biol. 1976; 13: 29–83.Seglen O. Preparation of isolated rat liver cells. Methods. Cell. Biol. 1976; 13: 29–83.Chen O, Kon J, Ooe H, Sasaki K, Mitaka T. Selective proliferation of rat hepatocyte progenitor cells in serumfree culture. Nat. Protoc. 2007; 2: 1197–1205.Chen O, Kon J, Ooe H, Sasaki K, Mitaka T. Selective proliferation of rat hepatocyte progenitor cells in serumfree culture. Nat. Protoc. 2007; 2: 1197–1205.Шумаков ВИ, Онищенко НА. Биологические резервы клеток костного мозга и коррекция органных дисфункций. М.: Лавр, 2009. 307. Shumakov VI, Onishchenko NA. Biologicheskie rezervy kletok kostnogo mozga i korrekciya organnyh disfunkcij. M.: Lavr, 2009. 307.Шумаков ВИ, Онищенко НА. Биологические резервы клеток костного мозга и коррекция органных дисфункций. М.: Лавр, 2009. 307. Shumakov VI, Onishchenko NA. Biologicheskie rezervy kletok kostnogo mozga i korrekciya organnyh disfunkcij. M.: Lavr, 2009. 307.Мosmann T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J. Immunol. Methods. 1983; 65: 55–63.Мosmann T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J. Immunol. Methods. 1983; 65: 55–63.Chen O, Kon J, Ooe H, Sasaki K, Mitaka T. Selective proliferation of rat hepatocyte progenitor cells in serumfree culture. Nat. Protoc. 2007; 2: 1197–1205.Chen O, Kon J, Ooe H, Sasaki K, Mitaka T. Selective proliferation of rat hepatocyte progenitor cells in serumfree culture. Nat. Protoc. 2007; 2: 1197–1205.Патент РФ № 2433828 (2011). Севастьянов В.И., Перова Н.В. Инъекционный гетерогенный биополимерный гидрогель для заместительной и регенеративной хирургии и способ его получения. Patent RF № 2433828 (2011). Sevast’yanov V.I., Perova N.V. In’’ekcionnyj geterogennyj biopolimernyj gidrogel’ dlya zamestitel’noj i regenerativnoj hirurgii i sposob ego polucheniya.Патент РФ № 2433828 (2011). Севастьянов В.И., Перова Н.В. Инъекционный гетерогенный биополимерный гидрогель для заместительной и регенеративной хирургии и способ его получения. Patent RF № 2433828 (2011). Sevast’yanov V.I., Perova N.V. In’’ekcionnyj geterogennyj biopolimernyj gidrogel’ dlya zamestitel’noj i regenerativnoj hirurgii i sposob ego polucheniya.Fisher SA, Tam RY, Shoichet MS. Tissue mimetics: engineered hydrogel matrices provide biomimetic environments for cell growth. Tissue Engineering. 2014; Part A, 20 (5, 6): 895–898.Fisher SA, Tam RY, Shoichet MS. Tissue mimetics: engineered hydrogel matrices provide biomimetic environments for cell growth. Tissue Engineering. 2014; Part A, 20 (5, 6): 895–898.

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