Genes & CellsGenes & CellsГены и КлеткиGenes and Cells2313-18292500-2562Human Stem Cells Institute12057110.23868/gc120571ArticlesСтатьиResearch ArticleBiological activity comparative evaluation of the gene-activated bone substitutes made of octacalcium PHOSPHATE AND PLASMID DNA CARRYING VEGF AND SDF GENES: PART 1 - IN VITROСравнительная оценка биологической активности ген-активированных остеопластических материалов из октакальциевого фосфата и плазмидных днкBozoI. YБозоИ. ЯMaiorovaK. SМайороваК. СDrobyshevA. YДробышевА. ЮRozhkovS. IРожковС. ИVolozhinG. AВоложинГ. АEreminI. IЕреминИ. ИKomlevV. SКомлевВ. СSmirnovI. VСмирновИ. ВRizvanovA. AРизвановА. АIsaevA. AИсаевА. АPopovV. KПоповВ. КDeevR. VДеевР. ВFederal Research Center “Crystallography and photonics” RASФедеральный научно-исследовательский центр «Кристаллография и фотоника» РАНHuman Stem Cells InstituteИнститут стволовых клеток человекаA.I. Evdokimov Moscow State University of Medicine and DentistryМосковский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. ЕвдокимоваState Research Center “A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center” of the FMBA of RussiaГосударственный научный центр Российской Федерации «Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» ФМБА.Институт общей генетики РАН.Institute of General Genetics of the RAS.Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова.A.I. Evdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry.Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова.A.I. Evdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry.Центральная клиническая больница №1 с поликлиникой Управления делами президента РФ.Central Clinical Hospital with Outpatient Health Center of the Business Administration for the President of the Russian Federation.Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАНA.A. Baykov Institute of Metallurgy and Material Science of the RASФедеральный научно-исследовательский центр «Кристаллография и фотоника» РАН.Federal Research Center “Crystallography and photonics” RAS.Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАНFederal Research Center “Crystallography and photonics” RAS.Казанский (Приволжский) федеральный университет.Kazan (Volga region) Federal University.Институт стволовых клеток человека.Human Stem Cells Institute.Федеральный научно-исследовательский центр «Кристаллография и фотоника» РАН.Federal Research Center “Crystallography and photonics” RAS.Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. ПавловаI.P.Pavlov Ryazan State Medical UniversityИнститут стволовых клеток человекаHuman Stem Cells InstituteФедеральный научно-исследовательский центр «Кристаллография и фотоника» РАН.Federal Research Center “Crystallography and photonics” RAS.15122016114VOL 11, NO4 (2016)ТОМ 11, №4 (2016)344205012023Copyright ©; 2016, Eco-VectorCopyright ©; 2016, Эко-Вектор2016Eco-VectorЭко-Векторhttps://genescells.ru/2313-1829/article/view/120571

High need for effective bone substitutes and drawbacks of the materials approved for clinical use determine the increasing activity of biomedical research in this area. We have developed gene-activated bone substitutes consisting of a scaffold based on octacalcium phosphate (OCP) and one of the two variants of plasmid DNA carrying either a gene for vascular endothelial growth factor (VEGF) or two genes encoding VEGF and stromal derived factor-1а (SDF-1a). The aim of the study was to evaluate the cytotoxicity of the gene-activated materials and their components, as well as biological activity in vitro. We found that both OCP and gene-activated bone substitutes did not have any cytotoxicity, but reduced the proliferative activity of human bone marrow-derived multipotent mesenchymal stromal cells: material with doublegene construct decreased cell culture doubling rate of 24.3% more compared with the material carrying plasmid DNA encoding only VEGF. Both gene-activated materials led to an increase in therapeutic genes mRNA levels, but the material with double-gene system enhanced VEGF protein production greater. Thus, the gene-activated bone substitutes characterized by the absence of cytotoxic properties and possessed a specific activity increasing expression of the therapeutic genes. However, further studies are needed to detail the identified characteristics and assess the feasibility of the defined biological action in vivo. свойств и обладали специфической активностью в виде увеличения экспрессии терапевтических генов. Однако дальнейшие исследования необходимы для детализации выявленных особенностей и оценки реализуемости биологического действия in vivo.

Значительная потребность в эффективных остеопластических материалах и недостатки разрешенных для клинического применения изделий определяют возрастающую активность биомедицинских разработок в данной области. Мы разработали ген-активированные остеопластические материалы, состоящие из матрикса-носителя на основе октакальциевого фосфата (ОКФ) и одного из двух вариантов плазмидной ДНК: несущих один ген сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF) или сразу два гена человека, кодирующие VEGF и фактор стромальных клеток-1а (SDF-1a). Целью исследования являлась оценка цитотоксичности разработанных ген-активированных материалов и их компонентов, а также биологической активности in vitro. Было установлено, что как ОКФ, так и ген-активированные материалы не обладали цитотоксичностью, однако снижали пролиферативную активность мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга человека: изделие с двухкассетной генной конструкцией снижало скорость удвоения клеточной культуры на 24,3% больше, чем материал с плазмидной ДНК, несущей только VEGF. Оба ген-активированных материала приводили к повышению уровней мРНК терапевтических генов, но в случае материала с двухкассетной системой увеличение продукции белка VEGF было большим. Таким образом, разработанные ген-активированные материалы характеризовались отсутствием цитотоксических e-mail: bozo.ilya@gmail.com

gene-activated bone substituteoctacalcium phosphateplasmid DNAvascular endothelial growth factorген-активированный остеопластический материалоктакальциевый фосфатплазмидная ДНКсосудистый эндотелиальный фактор ростафактор стромальных клеток-1 аstromal derived factor-1 аGarcia-Gareta E., Coathup M.J., Blunn G.W. Osteoinduction of bone grafting materials for bone repair and regeneration. Bone 2015; 81: 112-21.Deev R.V., Drobyshev A.Y., Bozo I.Y. et al. Ordinary and activated bone grafts: applied classification and the main features. Biomed Res Int. 2015; 2015: 365050.Evans C.H. Gene delivery to bone. Adv. Drug Deliv. Rev. 2012; 64(12): 1331-40.Keeney M., van den Beucken J.J., van der Kraan P.M. et al. The ability of a collagen/calcium phosphate scaffold to act as its own vector for gene delivery and to promote bone formation via transfection with VEGF(165). Biomaterials 2010; 31(10): 2893-902.Гололобов В.Г., Дедух Н.В., Деев Р.В. Скелетные ткани и органы. В кн.: Руководство по гистологии, 2 издание. Т.1. 201 1 ; СПб: СпецЛит. С. 238-322.Komlev V.S., Barinov S.M., Bozo I.I. et al. Bioceramics composed of octacalcium phosphate demonstrate enhanced biological behaviour. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014; 6(19): 16610-20.Marquez-Curtis L.A., Janowska-Wieczorek A. Enhancing the migration ability of mesenchymal stromal cells by targeting the SDF-1/ CXCR4 axis. Biomed. Res. Int. 2013; 2013: 561098.Niederberger E., Geisslinger G. Proteomics and NF-kB: an update. Expert Rev. Proteomics 2013; 10(2): 189-204Deev R., Plaksa I., Bozo I. et al. Results of an international postmarketing surveillance study of pl-VEGF165 safety and efficacy in 210 patients with peripheral arterial disease. Am. J. Cardiovasc. Drugs. 2017 Jan 3. doi: 10.1007/s40256-016-0210-3. [Epub ahead of print]Deev R.V., Bozo I.Y., Mzhavanadze N.D. et al. pCMV-vegf165 intramuscular gene transfer is an effective method of treatment for patients with chronic lower limb ischemia. J. Cardiovasc. Pharmacol. Ther. 2015; 20(5): 473-82.Ризванов А.А., Соловьева В.В., Салафутдинов И.И. и др. Кодон-оптимизированные последовательности фармацевтическая композиция для восстановления кровеносных сосудов. Приоритет от 18.06.2014. Патент РФ №2557385 от 24.06.2015. 1 2. Исаев А.А., Киселев С.Л., Деев Р.В. и др. Биокомпозит для обеспечения восстановительных процессов после повреждения у млекопитающего, способ его получения (варианты) и применения. Приоритет от 29.1 2.201 1. Патент РФ №251 9326 от 1 4 апреля 2014, патент Украины №112450 от 12.09.2016.Дробышев А.Ю., Рубина К.А., Сысоева В.Ю. и др. Клиническое исследование применения тканеинженерной конструкции на основе аутологичных стромальных клеток из жировой ткани у пациентов с дефицитом костной ткани в области альвеолярного отростка верхней челюсти и альвеолярной части нижней челюсти. Вестник экспериментальной и клинической хирургии 2011; IV(4): 764-72.Гололобов В.Г., Дедух Н.В., Деев Р.В. Скелетные ткани и органы. В кн.: Руководство по гистологии, 2 издание. Т.1. 201 1 ; СПб: СпецЛит. С. 238-322.Зорин В.Л., Зорина А.И., Еремин И.И. и др. Сравнительный анализ остеогенного потенциала мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток слизистой оболочки полости рта и костного мозга. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 201 4; IX(1): 50-7. 1 5. Деев Р.В., Дробышев А. Ю., Бозо И.Я. и др. Создание и оценка биологического действия ген-активированного остеопластического материала, несущего ген VEGF человека. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2013; 8(3): 78-85.Бозо И.Я., Деев Р.В., Дробышев А.Ю. и др. Эффективность ген-активированного остеопластического материала на основе октакальциевого фосфата и плазмидной ДНК с геном vegf в восполнении «критических» костных дефектов. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2015; 1: 35-42.Bozo I.Y., Deev R.V., Drobyshev A.Y. et al. World's first clinical case of gene-activated bone substitute application. Case Reports in Dentistry 2016; 2016: 8648949.Feichtinger G.A., Hofmann A.T., Slezak P. et al. Sonoporation increases therapeutic efficacy of inducible and constitutive BMP2/7 in vivo gene delivery. Hum. Gene Ther. Methods. 2014; 25(1): 57-71.Liu J.Z., Hu Y.Y., Ji Z.L. Co-expression of human bone morphogenetic protein-2 and osteoprotegerin in myoblast C2C12. Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi. 2003; 17(1): 1-4.Yang L., Zhang Y., Dong R. et al. Effects of adenoviral-mediated coexpression of bone morphogenetic protein-7 and insulin-like growth factor-1 on human periodontal ligament cells. J. Periodontal. Res. 2010; 45(4): 532-40.Amable P.R., Teixeira M.V., Carias R.B. et al. Protein synthesis and secretion in human mesenchymal cells derived from bone marrow, adipose tissue and Wharton's jelly. Stem Cell Res. Ther. 2014; 5(2): 53.Berendsen A.D., Olsen B.R. How vascular endothelial growth factor-A (VEGF) regulates differentiation of mesenchymal stem cells. J. Histochem. Cytochem. 2014; 62(2): 103-8.Liu Y., Berendsen A.D., Jia S. et al. Intracellular VEGF regulates the balance between osteoblast and adipocyte differentiation. J. Clin. Invest. 2012; 122(9): 3101-13.Grunewald M, Avraham I, Dor Y et al. VEGF-induced adult neovascularization: recruitment, retention, and role of accessory cells. Cell. 2006; 124(1): 175-89.Hong X., Jiang F., Kalkanis S.N. et al. SDF-1 and CXCR4 are up-regulated by VEGF and contribute to glioma cell invasion. Cancer Lett. 2006; 236(1): 39-45.Graham F.L., van der Eb AJ. Transformation of rat cells by DNA of human adenovirus 5. Virology 1973; 54(2):536-9.