Безопасность применения кондиционной среды, полученной при направленной остеогенной индукции мезенхимальных стволовых клеток костного мозга крыс

Цель исследования: изучить цитотоксичность in vitro и подострую токсичность in vivo кондиционной среды (КС), полученной при направленной остеогенной индукции мезенхимальных стволовых клеток (МСК) костного мозга крыс. Материал и методы. Кондиционную среду получали при культивировании МСК костного мозга крыс, индуцированных в остеогенном направлении. Результаты и их обсуждение. КС МСК костного мозга крыс, индуцированных в остеогенном направлении, не обладает существенным цитотоксическим действием на культуру клеток аденокарциномы Эрлиха и мононуклеары периферической крови здоровых доноров in vitro. Введение КС МСК не оказывало негативного влияния на состояние экспериментальных крыс SD, общую массу животных и ее прирост. Патоморфологическое исследование не выявило отклонений от общепринятой нормы, связанных с действием вводимого препарата. Заключение. Применение КС МСК костного мозга крыс, стимулированных в остеогенном направлении, как in vitro в отношении линии опухолевых клеток (аденокарцинома Эрлиха) и мононуклеаров периферической крови здоровых доноров, так и in vivo при введении экспериментальным животным является безопасным.

мезенхимальные стволовые клетки костного мозга крыс, кондиционная среда, цитотоксичность, подострая токсичность, крысы SD

1. Athanasiou V.T., Papachristou D.J., Panagopoulos A., Saridis A., Scopa C.D., Megas P. Histological comparison of autograft, allograft-DBM, xenograft, and synthetic grafts in a trabecular bone defect: an experimental study in rabbits. Med. Sci. Monit. 2010; 16: 24–31.

2. Cantinieaux D., Quertainmont R., Blacher S., Rossi L., Wanet T., Noël A., Brook G., Schoenen J., Franzen R. Conditioned medium from bone marrow derived mesenchymal stem cells improves recovery after spinal cord injury in rats: an original strategy to avoid cell transplantation. PLoS One. 2013; 8: e69515, doi:10.1371/journal.pone.0069515

3. Dawson J.I., Oreffo R.O. Bridging the regeneration gap: stem cells, biomaterials and clinical translation in bone tissue engineering. Arch. Biochem. Biophys. 2008; 473: 124–131. doi: 10.1016/j.abb.2008.03.024

4. Eppley B.L., Morales L., Wood R., Pensler J., Goldstein J., Havlik R.J., Habal M., Losken A., Williams J.K., Burstein F., Rozzelle A.A., Sadove A.M. Resorbable PLLA-PGA plate and screw fixation in pediatric craniofacial surgery: clinical experience in 1883 patients. Plast. Reconstr. Surg. 2004; 114: 850–856. doi: 10.1097/01.prs.0000132856.69391.43

5. Eppley B.L., Pietzak W.S., Blanton M.W. Allograft and alloplastic bone substitutes: a review of science and tеchnology for the craniomaxillofacial surgeon. J. Craniofac. Surg. 2005; 16: 981–989. doi:10.1097/01.scs.0000179662.38172.dd

6. Grayson W.L., Frohlich M., Yeager K., Bhumiratana S., Chan M.E., Cannizzaro C., Wan L.Q., Liu X.S., Guo X.E., Vunjak-Novakovic G. Engineering anatomically shaped human bone grafts. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010; 107: 3299–3304. doi: 10.1073/pnas.0905439106

7. Han Y., Li X., Zhang Y., Han Y., Chang F., Ding J. Mesenchymal stem cells for regenerative medicine. Cells. 2019; 13; 8 (8). doi: 10.1007/5584_2018_213

8. Horie M., Choi H., Lee R.H., Reger R.L., Ylostalo J., Muneta T., Sekiya I., Prockop D.J. Intra-articular injection of human mesenchymal stem cells (MSCs) promote rat meniscal regeneration by being activated to express Indian hedgehog that enhances expression of type II collagen. Osteoarthritis Cartilage. 2012; 20: 1197–1207. doi: 10.1016/j.joca.2012.06.002

9. Ide C., Nakai Y., Nakano N., Seo T.B., Yamada Y., Endo K., Noda T., Saito F., Suzuki Y., Fukushima M., Nakatani T. Bone marrow stromal cell transplantation for treatment of sub-acute spinal cord injury in rat. Brain Res. 2010; 1332: 32–47. doi: 10.1016/j.brainres.2010.03.043

10. Kay A.G., Long G., Tyler G., Stefan A., Broadfoot S.J., Piccinini A.M., Middleton J., Kehoe O. Mesenchymal stem cell-conditioned medium reduces disease severity and immune responses in inflammatory arthritis. Sci. Rep. 2017; 7: e18019. doi: 10.1038/s41598-017-18144-w

11. Kinnaird T., Srabile E., Burnett M.S., Shou M., Lee C.W., Barr S., Fuchs S., Epstein S.E. Local delivery of marrow-derived stromal cells augments collateral perfusion through paracrine mechanisms. Circulation. 2004; 109: 1543–1549. doi: 10.1161/01.CIR.0000124062.31102.57

12. Linero I., Chaparro O. Paracrine effect of mesenchymal stem cells derived from human adipose tissue in bone regeneration. PLoS One. 2014; 10: e107001, doi: 10.1371/journal.pone.0107001

13. Minenna L., Herrero F., Sanz M., Trombelli L. Adjunctive effect of a polylactide/polyglycolide copolymer in the treatment of deep periodontal intraosseous defects: a randomized clinical trial. J. Clin. Periodontol. 2005; 32: 456–461. doi: 10.1111/j.1600051X.2005.00696.x

14. Patel D.M., Shah J., Srivastava A.S. Therapeutic potential of mesenchymal stem cells in regenerative medicine. Stem. Cells Int. 2013; 2013: 496218. doi: 10.1155/2013/496218

15. Pawitan J.A. Prospect of stem cell conditioned medium in regenerative medicine. BioMed. Res. Int. 2014; 2014: 1–14. doi: 10.1155/2014/965849

16. Perez J.R., Kouroupis D., Li D.J., Best T.M., Kaplan L., Correa D. Tissue Engineering and CellBased Therapies for Fractures and Bone Defects. Front. Bioeng. Biotechnol. 2018; 6: 105. doi: 10.3389/fbioe.2018.00105

17. Perri B., Cooper M., Lauryssen C., Anand N. Adverse swelling associated with use of rh-BMP-2 in anterior cervical discectomy and fusion: a case study. Spine J. 2007; 7: 235–239. doi: 10.1016/j.spinee.2006.04.010

18. Peter S.J., Liang C.R., Kim D.J., Widmer M.S., Mikos A.G. Osteoblastic phenotype of rat marrow stromal cells cultured in the presence of dexamethasone, beta-glycerolphosphate, and L-ascorbic acid. J. Cell Biochem. 1998; 71: 55–62. doi: 10.1002/(sici)10974644(19981001)71:1<55::aid-jcb6>3.0.co;2-0

19. Pittenger M.F., Mbalaviele G., Black M., Mosca J.D., Marshak D.R. Mesenchymal Stem Cells. In: Human cell culture. Eds. M.R. Koller, B.O. Palsson, J.R.W. Masters. Dordrecht: Springer, 2001. Vol. 5: 189–207. doi: 10.1007/0-306-46870-0_9

20. Sanchooli T., Norouzian M., Ardeshirylajimi A., Ghoreish S.K., Abdollahifar M.A., Nazarian H., Piryaei A. Adipose derived stem cells conditioned media in combination with bioceramic collagen scaffolds improved calvarial bone healing in hypothyroid rats. Iran. Red. Crescent. Med. J. 2017; 19: e45516. doi: 10.5812/ircmj.45516

21. Song I.H., Caplan A.I., Dennis J.E. In vitro dexamethasone pretreatment enhances bone formation of human mesenchymal stem cells in vivo. J. Orthop. Res. 2009; 27: 916–921. doi: 10.1002/jor.20838

22. Um S., Kim H.Y., Seo B.M. Effects of BMP-2 on the osteogenic differentiation of bone marrow stem cells in fibrous dysplasia. Oral. Dis. 2018; 6: 10571067. doi: 10.1111/odi.12869

23. Visser R., Rico-Llanos G.A., Pulkkinen H., Becerra J. Peptides for bone tissue engineering. J. Controlled Release. 2016; 244: 122–135. doi: 10.1016/j.jconrel.2016.10.024

24. Yun Y.R., Jang J.H., Jeon E., Kang W., Lee S., Won J.E., Kim H.W., Wall I. Administration of growth factors for bone regeneration. Regen. Med. 2012; 7: 369–385. doi: 10.2217/rme.12.1