Влияние природы матрикса на функциональную эффективность биомедицинского клеточного продукта для регенерации поврежденной печени (экспериментальная модель острой печеночной недостаточности)

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.

регенеративная медицина, острая печеночная недостаточность, экспериментальная модель, биомедицинский клеточный продукт, биодеградируемый матрикс, клетки печени, ММСК КМ

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Seglen O. Preparation of isolated rat liver cells. Methods. Cell. Biol. 1976; 13: 29–83.

16. 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.

17. 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.

18. Мosmann T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J. Immunol. Methods. 1983; 65: 55–63.

19. 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.

20. 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.

21. 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.