Концепция «ниша - рельеф» для стволовых клетоккак основа биомиметического подхода к инженериикостной и кроветворной тканей



Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние особенностей рельефа и количествен-
ных параметров модельного минерального матрикса на
структурно-функциональное состояние пренатальных стро-
мальных клеток легкого человека in vitro и ремоделирование
системы кость - костный мозг мышей in vivo. Согласно по-
лученным данным, шероховатые (Ra > 2 мкм) имплантаты
с кальций-фосфатным микродуговым покрытием имитируют
трехмерное состояние регенерирующего костного матрикса.
Такие поверхности несут структурно-функциональные участ-
ки (микрорегионы), которые были названы ниши - рельеф,
необходимые для созревания и дифференцировки прена-
тальных мультипотентных мезенхимальных стромальных
клеток (ММСК) человека в секретирующие остеобласты. При
оптимальных параметрах остеогенной ниши in vitro (средний
индекс площади щелочной фосфатазы в клетках к площади
искусственной микротерритории приблизительно 43%) от-
мечается также максимальное ремоделирование системы
кость - костный мозг мышей в гетеротопическом тесте in
vivo. Установлен in vitro вероятный клеточно-молекулярный
механизм влияния экспериментального 3D-моделирования
поверхности кости на переключение эндостальной ниши
из молчащего в активное состояние. Он связан с актива-
цией клеточной продукции компонентов костного матрикса
(щелочная фосфатаза, остеокальцин, коллаген, фосфаты
кальция), пространственно разобщающих стромальные и
кроветворные элементы, и параллельным снижением секре-
ции TNF в межклеточную среду. Полученные данные раз-
вивают наши предыдущие представления о существовании
и размерах искусственной эндостальной ниши для остеоген-
ной дифференцировки ММСК.

Об авторах

И А Хлусов

Сибирский государственный медицинский университет, Томск

Сибирский государственный медицинский университет, Томск

Н М Шевцова

Сибирский государственный медицинский университет, Томск

Сибирский государственный медицинский университет, Томск

М Ю Хлусова

Сибирский государственный медицинский университет, Томск

Сибирский государственный медицинский университет, Томск

К В Зайцев

Томский НИИ курортологии и физиотерапии ФМБА России, Томск

Томский НИИ курортологии и физиотерапии ФМБА России, Томск

Ю П Шаркеев

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск

В Ф Пичугин

НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университетеи Сибирском государственном медицинском университете, Томск

НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университетеи Сибирском государственном медицинском университете, Томск

Е В Легостаева

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск

Список литературы

  1. Dellatore S.M., Garsia A.S., Miller W.M. Mimicking stem cell niches to increase stem cell expansion. Curr.Opin.Biotechnol. 2008; 19: 534-40.
  2. Yin T., Li L. The stem cell niches in bone. J. Clin. Inv. 2006; 116(5): 1195-201.
  3. Jing D., Fonseca A.-V., Alakel N. et al. Hematopoietic stem cells in co-culture with mesenchemal stromal cells - modeling the niche compartments in vitro. Haematologica 2010; 95: 542-50.
  4. Kolf C.M., Cho E., Tuan R.S. Mesenchemal stromal cells. Biology of adult mesenchymal stem cells: regulation of niche, self-renewal and differentiation. Arthritis Res.Ther. 2007; 9: 204-19.
  5. Meirelles L., Chagastelles P.C., Nardi N.B. Mesenchymal stem cells reside in virtually all post-natal organs and tissues. J. Cell Sci. 2006; 119: 2204-13.
  6. Scadden D.T. The stem cell niche in health and leukemic disease. Best Pract. Res.Clin. Haematol. 2007; 20: 19-27.
  7. Purton L.E., Scadden D.T. The hematopoietic stem cell niche. In: Silberstein L., editor. StemBook. The Stem Cell Research Community; 2008. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK27051/pdf/The_ hematopoietic_stem_cell_niche.pdf.
  8. Хлусов И.А., Хлусова М.Ю., Зайцев К.В. и др. Пилотное ис- следование in vitro параметров искусственной ниши для остеогенной дифференцировки пула стромальных стволовых клеток человека. Клеточные технологии в биологии и медицине 2010; (4): 216-24.
  9. Bhattacharya D., Czechowicz A., Ooi A.G.L. et al. Niche recyclingthrough division-independent egress of hematopoietic stem cells. J.Exp.Med. 2009; 206: 2837-50.
  10. Риггз Б.Л., Мелтон III.Л. Остеопороз: пер. с англ. СПб.: Из- дательство БИНОМ, Невский диалект; 2000.
  11. Curtis A.S., Varde M. Control of cell behavior: Topological factors. J. Natl. Cancer Inst. 1964; 33: 15-26.
  12. Sniadecki N.J., Desai R.A., Ruiz S.A. et al. Nanotechnology for cell-substrate interactions. An. Biomed. Engin. 2006; 34: 59-74.
  13. Lutolf M.P., Gilbert P.M., Blau H.M. Designing materials to direct stem-cell fate. Nature 2009; 462: 433-41.
  14. Lutolf M.P., Doyonnas R., Havenstrite K. et al. Perturbation of single hematopoietic stem cell fates in artificial niches. Integr. Biol. (Camb). 2009; 1: 59-69.
  15. Wilson A., Trumpp A. Bone-marrow haematopoietic-stem-cell niches. Nat. Rev. Immunol. 2006; 6: 93-106.
  16. Sharkeev Yu.P., Legostaeva E.V., Eroshenko A.Yu. et.al. The structure and physical and mechanical properties of a novel biocomposite material, nanostructured titanium-calcium-phosphate coating. Composite Interfaces 2009; 16: 535-46.
  17. Pichugin V. F., Eshenko E. V., Surmenev R.A. et al. Application of high-frequency magnetron sputtering to deposit thin calciumphosphate biocompatible coatings on a titanium surface. J. Surface Investigation 2007; 1(6): 679-82.
  18. Чайкина М.В., Хлусов И.А., Карлов А.В. и др. Механохи- мический синтез нестехиометрических и замещенных апатитов с наноразмерными частицами для использования в качестве био- совместимых материалов. Химия в интересах устойчивого развития 2004; 12: 389-99.
  19. Тиц Н. Клиническое руководство по лабораторным тестам: пер.с англ. М.: Юнимед-Пресс; 2003.
  20. Хейхоу Ф.Г., Кваглино Д. Гематологическая цитохимия. М.: Медицина; 1983.
  21. Klein C., De Groot K., Chen W. et al. Osseous substance formation induced in porous calcium phosphate ceramics in soft tissues. Biomaterials 1994; 15: 31-4.
  22. Волкова М.А. Клиническая онкогематология. М.: Медици- на; 2001.
  23. Li W., Yu B., Li M. et al. NEMO-binding domain peptide promotes osteoblast differentiation impaired by tumor necrosis factor alpha. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2010; 391(2): 1228-33.
  24. Corcione A., Benvenuto F., Ferretti E. et al. Human mesenchymal stem cells modulate B-cell functions. Blood 2006; 107(1): 367-72.
  25. Duncan A.W., Rattis F.M., DiMascio L.N. et al. A role for Wnt signalling in self-renewal of haematopoietic stem cells. Nat. Immunol. 2005; 6: 314-22.
  26. Trentin J.J. Determination of bone marrow stem cell differentiation by stromal hemopoietic inductive microenvironments (HIM). Am. J. Pathol. 1971; 65: 621-8.
  27. Kollet O., Dar A., Shivtiel S. et al. Osteoclasts degrade endosteal components and promote mobilization of hematopoietic progenitor cells. Nat. Med. 2006; 12: 657-64.
  28. Eshghi S., Schaffer D.V. Engineering microenvironments to control stem cell fate and function. In: Bhatia S., Polak J., editors. StemBook. The Stem Cell Research Community; 2008. http://www. ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK27048.
  29. Porter R.L., Calvi L.M. Comunications between bone cells and hematopoietic stem cells. Arch. Biochem. Biophys. 2008; 473(2): 193-200.
  30. Frisch B.J., Porter R.L., Calvi L.M. Hematopoietic niche and bone meet. Curr. Opin. Support. Palliat. Care. 2008; 2: 211-7.
  31. Taichman R.S. Blood and bone: two tissues whose fates are intertwined to create the hematopoietic stem-cell niche. Blood 2005; 105(7): 2631-9.
  32. Chan C.K., Chen C.C., Luppen C.A. et al. Endochondral ossification is required for hematopoietic stem cell niche formation. Nature 2009; 457: 490-4.
  33. Фриденштейн А.Я., Лурия Е.А. Клеточные основы кровет- ворного микроокружения. М.: Медицина; 1980.
  34. De Barros A.P., Takiya C.M., Garzoni L.R. et al. Osteoblasts and bone marrow mesenchemal stromal cells control hematopoietic stem cell migration and proliferation in 3D in vitro model. PLoS One. 2010; 5: e9093-9111.
  35. Miura Y., Gao Zh., Miura M. et al. Mesenchymal stem cellorganized bone marrow elements: an alternative hematopoietic progenitor resource. Stem Cells 2006; 24(11): 2428-36.
  36. Ratner B.D., Hoffman A.S., Schoen F.J. et al, editors. Biomaterials Science: an introduction to materials in medicine. 2nd ed. Elsevier Inc.; 2004.
  37. Серов В.В., Шехтер А.Б. Соединительная ткань: функцио- нальная морфология и общая патология. М.: Медицина;1981.
  38. Birgersdotter A., Sandberg R., Ernberg I. Gene expression perturbation in vitro - a growing case for three-dimensional (3D) culture systems. Semin. Cancer Biol. 2005; 15: 405-12.
  39. Boyan B.D., Lossdorfer S., Wang L. et al. Surface microtopography regulates osteoblasts. Eur. Cells Mat. 2003; 6: 22-7.
  40. Peerani R., Rao B.M., Bauwens C. et al. Niche-mediated control of human embryonic stem cell self-renewal and differentiation. EMBO 2007; 26: 4744-55.
  41. Aerts F., Wagemaker G. Mesenchymal stem cell engineering and transplantation. In: J.A. Nolta, editor. Genetic Engineering of Mesenchymal Stem Cells. Springer; 2006: p. 1-44.
  42. Khlusov I.A., Karlov A.V., Sharkeev Yu.P. et al. Osteogenic potential of mesenchymal stem cells from bone marrow in situ: role of physicochemical properties of artificial surfaces. Bull. Exp. Biol. Med. 2005; 140(1): 144-52.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2011


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: 

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах