Поиск Кабинет

Влияние тяжелой политравмы на миграцию стволовых кроветворных клеток у мышей

Гены & Клетки: Том I, №2, 2006 год, стр.: 59-62

 

Авторы

Александров В.Н., Сергеев В.С.

ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ СКАЧАТЬ СТАТЬЮ В ФОРМАТЕ PDF ВАМ НЕОБХОДИМО АВТОРИЗОВАТЬСЯ, ЛИБО ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ

Показано, что стволовые кроветворные клетки (СКК) участвуют в физиологической и репаративной регенерации негематопоэтических тканей и органов посредством транс-дифференцировки и/или клеточного слияния. В связи с этим представляется интересным оценить кинетику СКК костного мозга при тяжелой травме. В исследовании использовали три экспериментальные модели: травмирование мышей с последующим неравномерным облучением в летальных дозах с экранированием 1/2 голени (А), облучение мышей в летальных дозах с последующей трансплантацией клеток костного мозга от травмированных мышей (Б), травмирование мышей с последующим облучением в сублетальных дозах (В). Миграцию СКК оценивали путем регистрации кроветворных колоний, вырастающих на селезенке облученных мышей из эндо- или экзогенных СКК. В экспериментальных моделях А и В показано, что в селезенках травмированных мышей формируется достоверно большее количество эндоколоний в сравнении с мышами групп контроля. В экспериментальной модели Б показано, что костный мозг травмированных мышей содержит достоверно меньшее количество способных к миграции СКК. На основании полученных результатов сделан вывод, что тяжелая политравма индуцирует миграцию СКК у мышей.

Введение

Тяжелая политравма с повреждениями головного мозга, легких, печени, почек, кишечника, кожи, из-за прямого или опосредованного ишемией воздействия приводит к активизации репаративных процессов. Изучение роли разных видов стволовых клеток в этих процессах представляет собой значительный интерес в связи с недавним открытием феноменов трансдифференцировки и клеточного слияния.

Ранее обнаружено, что стволовые кроветворные клетки [СКК] способны in toto дифференцироваться в клетки различной линейной принадлежности, в частности, гепатоциты, нейроны и кардиомиоциты [1, 2]. Тем не менее, более тщательно спланированные исследования in vivo показали, что так называемая трасдифференцировка СКК является чрезвычайно редким событием, если вообще имеет место [3, 4]. Кроме того, СКК могут сливаться с соматическими клетками, и такие гибриды несут маркеры обоих «родительских» клеток [5]. Несмотря на то, что трансдифференцировка СКК остается предметом дискуссий, многие исследователи считают, что СКК могут играть значительную роль в репаративных процессах. Придается большое значение трансдифференци-ровке СКК в миогенные стволовые клетки при регенерации поперечно-полосатых мышц [6], клеточному слиянию СКК с кардиомиоцитами и гепатоцитами при регенерации печени и сердца [7, 8], секреции СКК факторов роста и непосредственную дифференцировку в клетки эндотелия в вас-кулогенезе [9]. Особенно убедительны данные об участии СКК костного мозга в образовании сосудистой сети метастазов [10].

Такие факторы и воздействия, как облучение, полихимиотерапия, гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, пептидные антагонисты хемокина SDF-1 [stromal-derived factor - 1), и даже гипербарическая оксигенация, способны индуцировать миграцию СКК из костного мозга в кровь [11 -13]. Учитывая изложенный выше материал, представляется, что биологическое значение феномена миграции СКК в постнатальном периоде заключается не только в поддержании функции гематопоэза, но и в поддержании достаточного количества необходимых для физиологической и репаративной регенерации СКК в органах и тканях. Ранее показано, что инфаркт миокарда, некроз части печени могут сопровождаться миграцией СКК костного мозга в место повреждения [14, 26, 28]. С другой стороны, получены противоположные результаты [15], и миграция СКК костного мозга при травмах/повреждениях внутренних органов остается предметом дискуссий.

Целью данного исследования является изучение влияния тяжелой политравмы на миграцию стволовых кроветворных клеток у мышей.

Материал и методы

Проводили три эксперимента [А, Б, В].

Эксперимент А - мышам из опытной группы наносили повреждения и затем подвергали облучению в летальных дозах с экранированием части костного мозга; мыши контрольной группы перед облучением в летальных дозах с экранированием части костного мозга травмы не получали.

Эксперимент Б - мыши опытной группы подвергались облучению в летальных дозах с последующей трансплантацией клеток костного мозга от мышей, получивших тяжелую политравму; мышам контрольной группы после облучения в летальных дозах трансплантировали костный мозг от здоровых мышей.

Эксперимент В - мышам опытной группы наносили повреждения с последующим облучением в сублетальных дозах; мыши контрольной группы перед облучением в сублетальных дозах травм не получали.

На восьмые сутки после облучения определяли число колоний на селезенке, образовавшихся за счет мигрировавших СКК экранированного участка костного мозга [эксперимент А], трансплантированного костного мозга [эксперимент Б] или остаточных СКК костного мозга после сублетального облучения [эксперимент В].

В исследовании использовали самок мышей-гибридов F1(СВАхС57ВL6) массой 16-18 г.

Травму вызывали по методу Нобла-Коллипа (Noble-Collip). Животных травмировали во вращающемся металлическом барабане. При вращении мыши поднимались его внутренними выступами на высоту 40 см и, неспособные удерживаться вследствие обездвиженности (лапы перед вращением фиксировали пластырем), получали множественные удары при многократных падениях. Каждая новая партия животных получала травму тяжелой степени (летальность в первые двое суток, то есть в период первичных реакций, 30-40%), что достигалось определением необходимого числа оборотов барабана (как правило, от 350 до 450) в предварительных опытах.

Мышей облучали в контейнерах на аппарате РУМ-17. Мощность дозы 108 рентген в мин., напряжение на трубке 250 кв, сила тока 15 ма, фильтры: 0,5 мм Си и 1 мм Al, расстояние 50 см. Доза 100/13 для гибридов F1 (CBA-C57BI6] 8,0 Г р при летальном облучении, 6,5 Гр - при сублетальном облучении.

В эксперименте A мышам во время летального облучения экранировали участок костного мозга (1/2 голени). Учитывая возможность вымывания СКК из костного мозга в кровь при переломах, исключали перелом костей голени в обеих группах рентгенографическим исследованием.

В эксперименте Б костный мозг получали сразу после цервикальной дислокации из интактных (без переломов) бедренных костей, вымывая и ресуспендируя инъекционной иглой 1A1-04*20-1 15. Клеточную суспензию вводили в боковую вену хвоста в объеме 0,3 мл среды RPMI 1640 в концентрации 1*105 клеток на мышь.

Миграцию СКК оценивали путем регистрации кроветворных колоний, вырастающих в селезенке облученных мышей из эндо- (эксперименты A и В) или экзогенных (эксперимент Б) миелоидных стволовых клеток (Till J.E., McCalloch E.A., 1961, 1963) [16, 17].

Результаты

СКК экранированного костного мозга мигрируют в большей степени у мышей, перенесших тяжелую политравму (эксперимент A).

В селезенке мышей, перенесших тяжелую политравму и неравномерно летально облученных (с экранированием 1/2 голени), формируется достоверно больше кроветворных колоний по сравнению с их числом в селезенке контрольных животных. Количество кроветворных колоний у мышей опытной и контрольной групп, соответственно, составило 32±1 и 25±3 колоний (р <0,05) (табл. 1).

Костный мозг мышей, перенесших политравму, содержит меньшее количество способных к миграции СКК (эксперимент Б).

Перенос дозированного количества клеток костного мозга травмированного донора сингенному летально облученному реципиенту сопровождается накоплением достоверно меньшего числа колоний на селезенке по сравнению с их числом в селезенке реципиентов костного мозга интактных доноров (табл. 2). Количество кроветворных колоний у мышей опытной и контрольной групп, соответственно, составило 16±1 и 25±2 (р <0,05) в расчете на 1*105 трансплантированных клеток костного мозга (см. табл. 2).

При сублетальном облучении остаточные СКК мигрируют в большей степени у травмированных мышей (эксперимент В).

В селезенке сублетально облученных травмированных мышей формируется достоверно больше эндоколоний, чем в контроле, то есть в селезенке нетравмированных сублетально облученных животных. Количество кроветворных колоний у мышей опытной и контрольной групп, соответственно, составило 31±2 и 23±2 колоний (р <0.05) (табл.3).

Обсуждение

Эксперименты A и В показали, что в селезенках мышей опытных групп формируется достоверно большее количество эндоколоний в сравнении с мышами групп контроля. Следовательно, опыты с эндоклонированием указывают на стимулирующий эффект тяжелой политравмы в отношении миграции СКК костного мозга у сублетально/летально облученных мышей. В эксперименте Б в селезенках мышей опытной группы отмечается достоверно меньшее количество экзоколоний в сравнении с мышами групп контроля. Следовательно, опыты с экзоклонированием СКК указывают на истощение костного мозга травмированных доноров в отношении способных к миграции СКК, что согласуется с индуцирующим эффектом тяжелой политравмы на миграцию исследуемых клеток. Таким образом, что тяжелая политравма у мышей индуцирует миграцию СКК костного мозга в систему кровообращения.

Aльтернативным миграции вариантом, аналогично явлению тканевой эмболии, может являться вымывание СКК в кровь в местах переломов костей, содержащих костный мозг. Тем не менее, в экспериментах A и Б, используя рентгенографическое исследование голеней (эксперимент A) и визуальный осмотр отделенных от мышечной массы бедренных костей [эксперимент Б), переломы были исключены. Не представлялось возможным исключить вымывание клеток костного мозга, в том числе и СКК, в эксперименте В. Тем не менее, разница в количестве кроветворных колоний в селезенке в опытной и контрольной группах в эксперименте В сравнима с аналогичным показателем в эксперименте А. Таким образом, значение вымывания СКК костного мозга в эксперименте В незначительно.

В недавних исследованиях у различных видов млекопитающих обнаружено наличие типичных по иммунофенотипу СКК в скелетных мышцах, легких, печени и головном мозге [18-21]. Трансплантация таких клеток, аналогично СКК костного мозга и периферической крови, приводит к восстановлению функций гемопоэза. По крайней мере, для СКК скелетных мышц показано, что они имеют гематопоэтичес-кое происхождение, а не являются результатом трансдиф-ференцировки миогенных клеток-предшественников [22]. Восстановление гемопоэза у летально облученных мышей при трансплантации меченых клеток костного мозга, в свою очередь, приводит к миграции СКК в скелетные мышцы [23]. Таким образом, к настоящему времени СКК обнаружены во многих тканях и органах. Полученные данные о природе СКК скелетных мышц свидетельствуют о костномозговом их происхождении. Учитывая значительную способность СКК к миграции, представляется, что между СКК костного мозга, крови и других тканей и органов существует динамическое равновесие, которое при физиологических условиях в значительной степени смещено в сторону костного мозга.

Ранее показано, что SDF-1 играет ключевую роль в направленной миграции CXCR4+ [рецептор для SFD-1) СКК [24, 25]. Благодаря высокому уровню экспрессии этого хемокина стромальными клетками происходит аккумуляция СКК в костном мозге в пре- и постнатальном периодах [25]. Интересно, что SDF-1 в сравнительно меньших количествах секретируется стромальными и эндотелиальными клетками других органов: сердца, скелетных мышц, печени, мозга, почек [26-30]. Супернатант культуры фибробластов скелетных мышц содержит SDF-1 и способен индуцировать хемотаксис CXCR4+ СКК [27]. Таким образом, представляется, что описанное выше динамическое равновесие между СКК костного мозга, крови и других тканей и органов обусловлено градиентами концентраций хемокина SDF-1, которые на локальном уровне обуславливают миграцию СКК из крови в ткани и органы, а на системном - к значительному смещению описанного выше равновесия в сторону костного мозга.

Искусственное увеличение концентрации SDF-1 в плазме приводит к значительной миграции СКК из костного мозга в кровь [31]. С другой стороны, экспрессия данного хемокина может значительно возрастать в подвергшихся повреждению тканях [14, 28]. Локальная секреция значительных количеств SDF-1 в местах повреждения при тяжелых травмах, по-видимому, приводит к существенному изменению системного градиента концентрации SDF-1. В результате наблюдается показанная в данном исследовании миграция СКК из костного мозга в кровь. На локальном уровне высокие градиенты концентрации SDF-1, по-видимому, обуславливают миграцию СКК из крови в места повреждений, где они могут принимать участие в процессах репарации.

Предлагаемая нами модель динамического равновесия между СКК костного мозга, крови и других тканей и органов в норме и при патологии показана на рисунке.

Подняться вверх сайта