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.,
5.4.2.3.6. Заключительные замечания о роли паратгормон-родственного протеина в тканевой инженерии хрящевой ткани
За простым и однородным видом хрящевой ткани скрывается гетерогенный состав, высокий уровень организации и специфические биомеханические свойства, которые, взятые вместе, делают хрящ уникальным материалом, который пока еще невозможно восстановить или воспроизвести с высокой точностью и в этой связи хондральные и остеохондральные дефекты в настоящее время остаются открытым вызовом в ортопедии, регенеративной медицине и тканевой инженерии (Armiento A.R., et al., 2018).
Использование МСК продемонстрировало их потенциал для тканевой инженерии. Однако успех был переменным и ограниченным при воссоздании инженерных тканей, похожих на нативный хрящ с точки зрения функции или структуры. Эти несоответствия могут указывать на присущую популяциям МСК гетерогенность, связанную с их способностями к пролиферации и дифференцированию клеток (Guilak F., et al., 2006; Mareddy S., et al., 2007).
Большие вариации внутри одной популяции клеток и ограниченное понимание того, как выбрать наиболее эффективные клетки для клинического применения, значительно затрудняют их использование для тканевой инженерии. Другой проблемой для инженерии ткани хряща с использованием МСК является регулирование их дифференцировки, поскольку клетки могут быть вовлечены в процесс хондрогенной гипертрофии с последующей минерализацией матрицы и оссификацией, аналогичным тем, которые наблюдаются в пластине роста хряща. Это может быть особенно значимым для клинической трансплантации, поскольку было обнаружено, что в культуре in vitro преждевременно повышались гипертрофические гены, включая коллаген X типа, щелочную фосфатазу и матриксную металлопротеиназу 13 (Pelttari K., et al., 2006). Эффективное управление хондрогенезом стволовых клеток и контроль гипертрофии хондроцитов необходимы для стабильного образования хряща. В настоящее время существуют значительные проблемы в объединении установленных биохимических и биофизических факторов в хорошо и своевременно согласованном формате для контроля хондрогенеза стволовых клеток.
Вышесказанное позволяет констатировать, что, для получения адекватных высококачественных хондроцитов in vitro первой задачей, которую необходимо решить является предотвращение гипертрофии МСК в процессе хондрогенной дифференциации. Понимание роли сигнальных путей и биологически активных факторов, включая ПТГрП, которые вовлечены в процесс хондрогенеза, будет полезно для контроля гипертрофии при создании тканеинженерного хряща. (Chen S., et al., 2015). Хотя методы, основанные на использовании МСК, показали успешное восстановление хряща недавние испытания регенерации хряща не дали высокого уровня доказательств восстановления исходного гиалинового хряща. Следует также учитывать, что когда хондроиндуктивные факторы индуцируют дифференцировку МСК в хондроциты in vitro, замечательная пластичность стволовых клеток может вызывать дедифференцировку после имплантации или даже трансдифференцировки в присутствии других индуктивных внеклеточных сигналов (Song L., Tuan R.S., 2004).
Использование МСК в качестве источника клеток для ремонта суставного хряща также имеет несколько ограничений, таких как: низкие количества клеток МСК в костном мозге или другой донорной ткани, необходимость их тщательной характеристики, наличие нескольких клеточных субпопуляций, содержание уже выделенных клеток, трудоемкая процедура хондрогенной дифференциации, нестабильность хондрогенного фенотипа и неконтролируемая дифференциация, особенно с учетом влияния воспалительных медиаторов в поврежденном хряще (Lohan A., et al., 2014). Более того, хрящевая ткань, сконструированная из МСК, эпигенетически менее похожа на аутологичный хрящ, чем сконструированный хрящ, полученный из первичных хондроцитов (Bomer N., et al., 2016). Из-за этих ограничений трудно определить безопасные правила использования МСК в широком клиническом применении. Чтобы улучшить клиническую эффективность применения стволовых клеток для репарации суставного хряща, необходимо более полное понимание факторов и условий, которые влияют на хондрогенез стволовых клеток в их специфической дифференцировке и фенотипической стабильности образования хрящей после дифференциации (Toh W., 2014).
Несмотря на имеющиеся достижения, нет никаких опубликованных консенсусных заявлений, касающихся оптимальных условий культуры, необходимых для дифференциации МСК на стабильный фенотип хондроцитов. Кроме того, нет консенсуса относительно того, как МСК должны быть изолированы, идентифицированы и охарактеризованы (Mobasheri A., et al., 2014). В отличие от фармацевтических препаратов с определенными химическими структурами и функциями идентификация и функциональная характеристика МСК еще не стандартизированы, что затрудняет получение МСК с однородной биологической активностью в больших масштабах для клинических испытаний. Полагают, что индивидуальные вариации ответов и поведения этих клеток на сигналы дифференцировки, необходимые для создания функционального хряща, могут помешать усилиям по определению оптимального, установленного протокола для создания качественной ткани (Tan A.R., Hung C.T., 2017). Одной из потенциальных областей улучшения в этом отношении может быть разработка более полной библиотеки маркеров клеточной поверхности, обнаруженных на МСК, для улучшения выбора клеток, которые наиболее способны продуцировать функциональные ткани. Хотя идентификация МСК обычно основывалась на присутствии основного набора поверхностных маркеров, еще нет уникального набора маркеров клеточной поверхности или молекул дифференцировки, определяющих специфический тип МСК или их потенциал. Одним из основных недостатков всех разработанных моделей тканей in vitro является то, что ни одна из них не обладает естественной зональной организацией хондроцитов, и местного состава внеклеточной матрицы которые наблюдается in vivo. Полноценная структурная организация является предпосылкой для нормальной функции хрящевой ткани и успеха любых будущих применений в клинике. Имеющиеся в настоящее время 3D-модели дают довольно однородные популяции клеток без возможности достижения какой-либо зональной организации in vitro (Klein T.J., et al., 2009). Использование МСК для терапевтических стратегий требует протоколов и технологий, которые еще не прошли клинические испытания. Дозировка и способ доставки МСК для восстановления хряща у людей остаются спорными. Недавние достижения в исследовании биологии МСК позволили понять альтернативные возможности их применения. Благодаря использованию передовой технологии CRISPR/Cas9. (CRISPR – Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats) существует огромный потенциал для достижения лучших клинических результатов от использования модуляции генов. (Lee W.Y.-W., Wang B., 2017; Cyranoski D., 2016; Gibson G., Yang M., 2016; van den Akker G., et al., 2016). Лучшее понимание биологии МСК, включая роль ПТГрП в их хондрогенной дифференциации, вероятно, улучшит будущие клеточные методы терапии и стратегии тканевой инженерии хрящевой ткани (Mobasheri A., et al., 2014).