Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

5.4.2.3.5. Мезенхимальные стволовые клетки и тканевая инженерия трахеи

Идеальный тканеинженерный каркас для трансплантации дыхательных путей должен способствовать приживлению экзогенных клеток и росту эндогенных клеток, пролиферации и соответствующей дифференциации при сохранении полноценной воздушной трассы. Более того, этот каркас должен быть способен содействовать быстрому развитию и поддержке сосудистой сети, чтобы обеспечить выживаемость клеток и функциональную дифференциацию. На сегодняшний день в технике тканевой инженерии трахеи предложены две основные стратегии: 1 – децеллюляризированная человеческая трупная донорская ткань или 2 – синтетические каркасы, созданные de novo, которые предлагают новый путь для реконструкции дыхательных путей. Децеллюляризированные ткани были исследованы как альтернатива синтетическим каркасам для тканеинженерных конструкций в интересах регенеративной медицины (Hoshiba T. et al., 2010; Crapo P.M. et al., 2011; Song J.J., Ott H.C., 2011). По сравнению с синтетическими полигликолевыми каркасами МСК, засеянные в каркас из децеллюляризированных тканей намного медленнее продуцировали коллаген X типа и не индуцировали васкуляризацию (Choi K-H. et al., 2010). Функциональность поверхности является еще одним важным параметром, диктующим условия развития стволовых клеток. Простое ограничение области адгезии было достаточным для переключения МСК-дифференцировки с пути гладкомышечных клеток на хондрогенный путь во время культивирования в присутствии TGF-β (Gao L. et al., 2010).

В последнее время децеллюляризированные матриксные конструкции получили пристальное внимание в снижении гипертрофического потенциала во время хондрогенной индукции МСК. Внеклеточный матрикс, незаменимая ниша для стволовых клеток in vivo, не только обеспечивает опорный каркас, но также участвует в регуляции самообновления, пролиферации и дифференцировки стволовых клеток (Toh W.S., et al., 2014). В процессе децеллюляризации органы или ткани подвергаются физическому или химическому воздействию для удаления клеток и иммуногенных материалов из внеклеточного матрикса, однако с сохранением его ультраструктуры и компонентов поддерживающих биомеханические свойства органа, а также биоиндуктивный профиль трансплантата (Zang M., et al., 3013; Sun F., et al., 2015). Поскольку механические свойства внеклеточного матрикса трахеи в основном связаны с коллагеном, гликозаминогликанами и эластином, показано, что децеллюляризированные трахеи имеют биомеханические профили сходные c нативной трахеей (Badylak S.F., 2007). Хотя биоиндуктивные свойства микроструктур децеллюляризированных каркасов трахеи еще не полностью понятны не исключена их вовлеченность в процессы хондрогенеза и участие в процессах дифференциации хондроцитов биологически активных факторов, находящиеся во внеклеточном матриксе.
Это демонстрируется не только репопуляцией хондроцитов и повторной эпителизацией, но и наличием мышечных пучков, серозных желез и нервных волокон, которые наблюдались в тканеинженерных трахеальных трансплантатах, созданных с использованием децеллюляризированных каркасов (Conconi M.T., et al., 2005; Berg M., et al., 2014). Хотя большинство децеллюляризированных матриц трахеи демонстрируют поддержку роста эпителия, некоторые исследования показывают, что скорость репопуляции хондроцитов не позволяет адекватно преодолеть разрыв между деградацией внеклеточного матрикса и репопуляцией хряща (Zang M., et al., 3013; Remlinger N.T., et al., 2010). Оптимальный процесс децеллюляризации должен удалять все клетки и клеточные антигены, сохраняя при этом биологически активные факторы, находящиеся в во внеклеточном матриксе.

На данный момент несколько методов использовались по отдельности или в сочетании друг с другом (Benders K.E., et al., 2013). Децеллюляризация естественного внеклеточного матрикса, устранение клеток и пула антигенов, может уменьшить воспаление и иммунный ответ и сохранить целостность матрикса (Badylak S.F., et al., 2011). В экспериментах на мышах показано, что децеллюляризированная внеклеточная матрица трахеи поддерживает полную реэпителиализацию, включая эпителиальную миграцию, дифференцировку и функцию эпителиоцитов, но репопуляция хряща не наблюдалась у мышей, получавших децеллюляризированные трансплантаты (Kutten J.C., et al., 2015). Сходные результаты получили (Zang M., et al., 2013) в исследованиях на крысах в ходе которых двухслойные конструкции, содержащие децеллюляризированные матричные каркасы трахеи коричневых норвежских крыс были засеяны хондроцитами, полученными из стволовых клеток крысы Льюиса, и эпителиальными клетками трахеи и затем трансплантированы подкожно животным реципиентам. Тканеинженерные конструкции достигли полного покрытия эпителиальными клетками и сохраняли объемную проходимость, однако хондроциты, полученные из стволовых клеток, не смогли проникнуть в гетеротопическую среду и повторно заполнить матрикс.

Сочетание естественных бесклеточных матриксов с синтетическими полимерами считается выгодным для выделения соответствующих преимуществ и ограничения недостатков (Callahan L.A., et al., 2012). Поэтому децеллюляризированный хрящ можно комбинировать с полимерами, чтобы, с одной стороны, улучшить прочность децеллюляризированного хряща (Moutos F.T., et al., 2010) и, с другой стороны, способствовать оптимальной хондрогенной дифференциации МСК в синтетическом биоразлагаемом полимере (Sutherland A.J., et al., 2015). Преимущества использования естественного внеклеточного матрикса в технике создания тканеинженерного хряща включают в себя не только формирование функциональной специфической ткани, зависящей от нескольких условий, таких как цитокины внутри внеклеточного матрикса и уникальных поверхностных анатомических характеристик, (Benders K.E., et al., 2013; Tottey S., et al., 2011), но также и микроокружения стволовых клеток во время их развития in vitro (Pei M., et al., 2011; He F., et al., 2009; Choi K.H., et al., 2010). Потенциальные хондроиндуктивные эффекты факторов роста сохраняются в таком внеклеточном матриксе.

Авторы этой главы полагают возможным и необходимым констатировать, что в доступной литературе нет информации о взаимосвязи хондроиндуктивных эффектов ПТГрП и техникой тканевой инженерии трахеи включающей хондрогенную индукцию МСК. Это позволяет считать целесообразным привлечение внимания исследователей, занимающихся проблемой создания тканеинженерных конструкций трахеи для нужд регенеративной медицины, к вопросу о возможности использования ПТГрП в процессе эффективного управления хондрогенезом стволовых клеток и контроля гипертрофии хондроцитов, при формировании функциональной специфической хрящевой ткани.

Замена трахеи для лечения дыхательных путей на конечной стадии часто остается недостижимой целью. Применение тканеинженерной трахеи в сострадательных случаях использования предполагает, что такой подход является приемлемым вариантом. История реципиентов тканеинженерной трахеи человека представляет собой доказательство принципиальных исследований в регенеративной медицине, но также выявляет проблемы в этой области. У каждой стратегии есть свои преимущества и недостатки, и пока ни один подход не оказался достаточно успешным. В настоящее время клиническое использование тканеинженерных конструкций для устранения дефектов большого сегмента трахеи у человека сохраняется только для сострадательных случаев. Текущие клинические и трансляционные исследования еще не определили наиболее эффективную стратегию замены трахеи.