Перспективним напрямком у розробці новітніх технологій для лікування захворювань центральної нервової системи є використання різних типів стовбурових клітин, зокрема, мезенхімальних мультипотентних стромальних клітин (ММСК) та нейрогенних стовбурових/прогеніторних клітин (НСК/НПК). Альтернативою безпосередньої трансплантації клітин може стати використання їх кондиційованих середовищ (КС) як джерела секретому і ключового компоненту механізму реалізації їх потенціалу. В даний час у клінічних дослідженнях із застосуванням клітинної терапії при патології ЦНС найчастіше як джерела отримання ММСК або мононуклеарних клітин стромально-васкулярної фракції використовують жирову тканину, кістковий мозок, пуповину та пуповинну кров, а як джерело НСК/НПК – лінії іморталізованих нейрогенних клітин, виділених зі структур головного або спинного мозку зародка людини. В умовах експерименту, зокрема у гризунів, одним із найбільш доступних джерел алогенних прогеніторних клітин мезенхімального типу є жирова тканина, а фетальний мозок є джерелом нейрогенних клітин. Мета роботи – дослідження нейрорегенеративного впливу КС фібробластоподібних клітин жирової тканини (ФПК ЖТ) та КС фетальних нейрогенних клітин (НК) щура in vitro. КС від 24-год культур ФПК ЖТ та фетальних НК (Е14) щура досліджували за допомогою електрофорезу у 10%-вому поліакрил-амідному гелі. У 5–7-добових 2D-культурах нервових клітин щура (Е14) проводили «scratch-тест» та додавали живильне середовище ДМЕМ з 10 % фетальної телячої сироватки (стандартні культуральні умови, контроль) або 0,10 мг/мл (за кількістю протеїнів) КС ФПК ЖТ чи КС НК. Упродовж 4-добового культивування проводили мікроскопічні та морфометричні дослідження. Після механічного перерізу у культурі нервових клітин за стандартних умов з 1-ї по 3-ю добу відбувались процеси ендогенної регенерації, які зменшувались до 4-ї доби. Додавання КС ФПК ЖТ і КС НК сприяло значущому посиленню ступеня і тривалості процесів ендогенної регенерації у культурі нервових клітин. За впливу КС ФПК ЖТ у ділянці перерізу до 4-ї доби зростала кількість мігруючих клітин (у 7 разів) щільність відростків клітин (у 12,5 рази); за впливу КС НК – зростала кількість мігруючих клітин (у 3,5 рази), дистанція міграції клітин (у 1,4 рази), щільність відростків клітин (у 13 разів). Довжина зарощеної ділянки перерізу збільшувалась після впливу КС ФПК ЖТ у 1,7 рази, КС НК – утричі, досягаючи відповідно 23,7 та 43,5 % всієї довжини ділянки перерізу. У КС ФПК ЖТ виявлено 10 протеїнових фракцій: превалюючі 12, 15, 23, 30, 80 кДа та мінорні – 28, 35, 55, 65, 75 кДа; у КС НК – 9 фракцій: превалюючі 15, 23, 30, 35 кДа та мінорні – 37, 40, 46, 67, 80 кДа. КС від 24-год культур ФПК ЖТ щура та НК щура (Е14) стимулюють процеси ендогенної регенерації в культурі нервових клітин головного мозку щура з механічним перерізом моношару. Чинниками нейрорегенеративних «bystander»-ефектів ФПК ЖТ та НК щура є секретовані біологічно активні протеїни – складові превалюючих та мінорних протеїнових фракцій КС.
Ключові слова: кондиційоване середовище, фібробластоподібні клітини жирової тканини, нейрогенні клітини «scratch-тест», електрофорез, протеїнові фракції
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
Bao, X., Feng, M., Wei, J. et al., Transplantation of Flk-1+ human bone marrow-derived mesenchymal stem cells promotes angiogenesis and neurogenesis after cerebral ischemia in rats, Eur. J. Neurosci., 2011, vol. 34, pp. 87–98. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2011.07733.x
Beretta, S., Cunningham, K.M., Haus, D.L., et al., Effects of human ES-derived neural stem cell transplantation and kindling in a rat model of traumatic brain injury, Cell Transplant., 2017, vol. 26, pp. 1247–1261. https://doi.org/10.1177/0963689717714107
Cunningham, C.J., Enrich, M.V., Pickford, M.M. et al., The therapeutic potential of the stem cell secretome for spinal cord repair: a systematic review and meta-analysis, OBM Neurobiol., 2020, vol. 4, no. 4. https://doi.org/10.21926/obm.neurobiol.2004080
Dobrowolski, S. and Lepski, G., Stem cells in traumatic brain injury, Am. J. Neurosci., 2013, vol. 4, pp. 13–24. https://doi.org/10.3844/ajnsp.2013.13.24
Gao, J., Grill, R.J., Dunn, T.J., et al., Human neural stem cell transplantation-mediated alteration of microglial/macrophage phenotypes after traumatic brain injury, Cell Transplant., 2016, vol. 25, pp. 1863–1877. https://doi.org/10.3727/096368916X691150
Gomazkov, O.A., Neurogenesis as an adaptive function of the brain, Biol. Bull. Rev., 2014, vol. 4, pp. 86–100.
Haus, D.L., López-Velázquez, L., Gold, E.M., et al., Transplantation of human neural stem cells restores cognition in an immunodeficient rodent model of traumatic brain injury, Exp. Neurol., 2016, vol. 281, pp. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2016.04.008
Kocan, B., Maziarz, A., Tabarkiewicz, J., et al., Trophic activity and phenotype of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells as a background of their regenerative potential, Stem Cells Int., 2017, vol. 2017, art. ID 1653254. https://doi.org/10.1155/2017/1653254
Kopach, O. and Pivneva, T., Cell-based therapies for neural replacement strategies in stroke-related neurodegeneration: neurophysiological insights into stem progenitor cell neurogenesis within a host environment, Neural Regener. Res., 2018, vol. 13, pp. 1350–1351. https://doi.org/10.4103/1673-5374.235224
Lee, M.C., Jin, C.Y., Kim, H.S., et al., Stem cell dynamics in an experimental model of stroke, Chonnam Med. J., 2011, vol. 47, no. 2, pp. 90–98. https://doi.org/10.4068/cmj.2011.47.2.90
Ludwig, P.E., Thankam, F.G., Patil, A.A., et al., Brain injury and neural stem cells, Neural Regener. Res., 2018, vol. 13, no. 1, pp. 7–18. https://doi.org/10.4103/1673-5374.224361
Qu, X. and Sheng, H., Stem cell therapy for traumatic brain injury: a progress update, Ann. Neurol. Surg., 2018, vol. 2, art. ID 1008.
Semenova, V., Lisianyi, N., Stayno, L., et al., Proliferative and differentiated potential of mesenchymal stem cells from adipose tissue under cultivation conditions, Ukr. Neurosurg. J., 2014, vol. 3, pp. 24–29 https://doi.org/10.25305/unj.47487
Shi, W., Huang, C.J., Xu, X.D., et al., Transplantation of RADA16-BDNF peptide scaffold with human umbilical cord mesenchymal stem cells forced with CXCR4 and activated astrocytes for repair of traumatic brain injury, Acta Biomater., 2016, vol. 45, pp. 247–261. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2016.09.001
Walker, P.A., Letourneau, P.A., Bedi, S., et al., Progenitor cells as remote “bioreactors”: Neuroprotection via modulation of the systemic inflammatory response, World J. Stem Cells, 2011, vol. 3, pp. 9–18. https://doi.org/10.4252/wjsc.v3.i2.9
Webb, R.L., Kaiser, E.E., Spellicy, S., et al., Human neural stem cell extracellular vesicles improve tissue and functional recovery in the murine thromboembolic stroke model, Transl. Stroke Res., 2018, vol. 9, pp. 530–539. https://doi.org/10.1007/s12975-017-0599-2
Wei, L., Fraser, J.L., Lu, Z.Y., et al., Transplantation of hypoxia preconditioned bone marrow mesenchymal stem cells enhances angiogenesis and neurogenesis after cerebral ischemia in rats, Neurobiol. Dis., 2012, vol. 46, no. 3, pp. 635–645. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2012.03.002
Willis, C.M., Nicaise, A.M., Hamel, R., et al., Harnessing the neural stem cell secretome for regenerative neuroimmunology, Front. Cell Neurosci., 2020, vol. 14, art. ID 590960. https://doi.org/10.3389/fncel.2020.590960
Xu, Ch., Diao, Y.F., Wang, J., et al., Intravenously infusing the secretome of adipose-derived mesenchymal stem cells ameliorates neuroinflammation and neurological functioning after traumatic brain injury, Stem Cells Dev., 2020, vol. 29, pp. 222–234. https://doi.org/10.1089/scd.2019.0173
Yang, H., Wang, C., Chen, H., et al., Neural stem cell-conditioned medium ameliorated cerebral ischemia-reperfusion injury in rats, stem cells international, 2018, vol. 2018, art. ID 4659159. https://doi.org/10.1155/2018/4659159
Zhong, D., Cao, Y., Li, C.J., et al., Neural stem cell-derived exosomes facilitate spinal cordfunctional recovery after injury by promoting angiogenesis, Exp. Biol. Med., 2020, vol. 245, no. 1, pp. 54–65. https://doi.org/10.1177/1535370219895491