Новости
хирургии

 Журнал включен
в систему цитирования Scopus
journal cover
android icon Приложение Android

2019 г. №2 Том 27

ОБЗОРЫ

И.В. МАЙБОРОДИH 1, А.И. ШЕВЕЛА 1, В.В. МОРОЗОВ 1, Т.В. МИХЕЕВА 1, Н.Ф. ФИГУРЕHКО 1, Р.В. МАСЛОВ 1, В.И. МАЙБОРОДИHА 2

ВЛИЯHИЕ ЭКСТРАЦЕЛЛЮЛЯРHЫХ ВЕЗИКУЛ (ЭКЗОСОМ) МЕЗЕHХИМАЛЬHЫХ СТРОМАЛЬHЫХ КЛЕТОК HА РЕГЕHЕРАЦИЮ КОСТHОЙ ТКАHИ

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН 1,
Институт молекулярной патологии и патоморфологии
Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины 2,
г. Новосибирск,
Российская Федерация

Мезенхимальные стволовые/стромальные клетки (МСК) широко использовались для тканевой регенерации, в том числе и для восстановления костных дефектов. Однако недостатки применения МСК, включая ограниченный срок существования в тканях, стали препятствием для дальнейшей прямой трансплантации МСК.
Необходимо создание новых способов клеточной терапии, не имеющих недостатков прямого применения МСК, но с такой же эффективностью воздействия на регенерацию костной ткани.
Клетки влияют друг на друга и обмениваются функциональными белками и генетическим материалом через секрецию экзосом, которые также могут применяться для воздействия на регенерацию тканей. Экзосомы усиливают пролиферацию, миграцию и выступают в качестве индукторов дифференцирования МСК в определенном направлении, в том числе и остеогенном, что приводит к значительному ускорению репарации костных дефектов. Возможным механизмом оптимизации репарации тканей экзосомами является доставка микроРНК и различных регулирующих цитокинов. Действие экзосом в большей мере сходно с эффектами МСК. Определенные перспективы имеет создание экзосом с заранее заданными свойствами. Вместе с этим оценка терапевтического потенциала и использование в будущих клинических испытаниях секретируемых различными клетками экстрацеллюлярных везикул требуют их полной характеристики, стандартизации строго определенных условий хранения и получения, удаления ксеногенных и других, связанных с источником, веществ.
Применение экзосом имеет большой потенциал для репаративной медицины, в частности для ускорения регенерации костной ткани, и открывает новые пути медицинских исследований.

Ключевые слова: регенерация костной ткани, мезенхимальные стромальные клетки, экзосомы, микровезикулы, взаимодействие клеток
с. 196-203 оригинального издания
Список литературы
  1. Майбородин ИВ, Матвеева ВА, Колесников ИС, Дровосеков МН, Тодер МС, Шевела АИ. Регенерация поврежденной кости нижней челюсти крыс после использования аутологичных стромальных стволовых клеток костномозгового происхождения, адсорбированных на фибриновом сгустке. Морфология. 2011;140(6):79-85. https://elibrary.ru/download/elibrary_17112219_63292977.pdf
  2. Lu Z, Chen Y, Dunstan C, Roohani-Esfahani S, Zreiqat H. Priming adipose stem cells with tumor necrosis factor-alpha preconditioning potentiates their exosome efficacy for bone regeneration. Tissue Eng Part A. 2017 Nov;23(21-22):1212-20. doi: 10.1089/ten.tea.2016.0548
  3. Takeda YS, Xu Q. Neuronal differentiation of human mesenchymal stem cells using exosomes derived from differentiating neuronal cells. PLoS One. 2015 Aug 6;10(8):e0135111. doi: 10.1371/journal.pone.0135111
  4. Pachler K, Lener T, Streif D, Dunai ZA, Desgeorges A, Feichtner M, Öller M, Schallmoser K, Rohde E, Gimona M. A Good manufacturing practice-grade standard protocol for exclusively human mesenchymal stromal cell-derived extracellular vesicles. Cytotherapy. 2017 Apr;19(4):458-72. doi: 10.1016/j.jcyt.2017.01.001
  5. Lener T, Gimona M, Aigner L, Börger V, Buzas E, Camussi G, Chaput N, Chatterjee D, Court FA, Del Portillo HA, O’Driscoll L, Fais S, Falcon-Perez JM, Felderhoff-Mueser U, Fraile L, Gho YS, Görgens A, Gupta RC, Hendrix A, Hermann DM, Hill AF, Hochberg F, Horn PA, de Kleijn D, Kordelas L, Kramer BW, Krämer-Albers EM, Laner-Plamberger S, Laitinen S, Leonardi T, Lorenowicz MJ, Lim SK, Lötvall J, Maguire CA, Marcilla A, Nazarenko I, Ochiya T, Patel T, Pedersen S, Pocsfalvi G, Pluchino S, Quesenberry P, Reischl IG, Rivera FJ, Sanzenbacher R, Schallmoser K, Slaper-Cortenbach I, Strunk D, Tonn T, Vader P, van Balkom BW, Wauben M, Andaloussi SE, Théry C, Rohde E, Giebel B. Applying extracellular vesicles based therapeutics in clinical trials - an ISEV position paper. J Extracell Vesicles. 2015 Dec 31;4:30087. doi: 10.3402/jev.v4.30087
  6. Doeppner TR, Herz, Görgens A, Schlechter J, Ludwig AK, Radtke S, de Miroschedji K, Horn PA, Giebel B, Hermann DM. Extracellular vesicles improve post-stroke neuroregeneration and prevent postischemic immunosuppression. Stem Cells Transl Med. 2015 Oct;4(10):1131-43. doi: 10.5966/sctm.2015-0078
  7. Huang CC, Narayanan R, Alapati S, Ravindran S. Exosomes as biomimetic tools for stem cell differentiation: applications in dental pulp tissue regeneration. Biomaterials. 2016 Dec;111:103-15. doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.09.029
  8. Narayanan R, Huang CC, Ravindran S. Hijacking the cellular mail: exosome mediated differentiation of mesenchymal stem cells. Stem Cells Int. 2016;2016:3808674. doi: 10.1155/2016/3808674
  9. Furuta T, Miyaki S, Ishitobi H, Ogura T, Kato Y, Kamei N, Miyado K, Higashi Y, Ochi M. Mesenchymal stem cell-derived exosomes promote fracture healing in a mouse model. Stem Cells Transl Med. 2016 Dec;5(12):1620-30. doi: 10.5966sctm.2015-0285
  10. Qin Y, Sun R, Wu C, Wang L, Zhang C. Exosome: a novel approach to stimulate bone regeneration through regulation of osteogenesis and angiogenesis. Int J Mol Sci. 2016 May 19;17(5). pii: E712. doi: 10.3390/ijms17050712
  11. Silva AM, Almeida MI, Teixeira JH, Maia AF, Calin GA, Barbosa MA, Santos SG. Dendritic cell-derived extracellular vesicles mediate mesenchymal stem/stromal cell recruitment. Sci Rep. 2017 May 10;7(1):1667. doi: 10.1038/s41598-017-01809-x
  12. Zhang J, Liu X, Li H, Chen C, Hu B, Niu X, Li Q, Zhao B, Xie Z, Wang Y. Exosomes/tricalcium phosphate combination scaffolds can enhance bone regeneration by activating the PI3K/Akt signaling pathway. Stem Cell Res Ther. 2016 Sep 20;7(1):136. doi: 10.1186/s13287-016-0391-3
  13. Zhang S, Chu WC, Lai RC, Lim SK, Hui JH, Toh WS. Exosomes derived from human embryonic mesenchymal stem cells promote osteochondral regeneration. Osteoarthritis Cartilage. 2016 Dec;24(12):2135-40. doi: 10.1016/j.joca.2016.06.022
  14. Wang KX, Xu LL, Rui YF, Huang S, Lin SE, Xiong JH, Li YH, Lee WY, Li G. The effects of secretion factors from umbilical cord derived mesenchymal stem cells on osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. PLoS One. 2015 Mar 23;10(3):e0120593. doi: 10.1371/journal.pone.0120593. eCollection 2015.
  15. Qi X, Zhang J, Yuan H, Xu Z, Li Q, Niu X, Hu B, Wang Y, Li X. Exosomes secreted by human-induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells repair critical-sized bone defects through enhanced angiogenesis and osteogenesis in osteoporotic rats. Int J Biol Sci. 2016 May 25;12(7):836-49. doi: 10.7150/ijbs.14809. eCollection 2016.
  16. Torreggiani E, Perut F, Roncuzzi L, Zini N, Baglìo SR, Baldini N. Exosomes: novel effectors of human platelet lysate activity. Eur Cell Mater. 2014 Sep 22;28:137-51; discussion 151. doi: 10.22203/eCM.v028a11
  17. Ekström K, Omar O, Granéli C, Wang X, Vazirisani F, Thomsen P. Monocyte exosomes stimulate the osteogenic gene expression of mesenchymal stem cells. PLoS One. 2013 Sep 18;8(9):e75227. doi: 10.1371/journal.pone.0075227. eCollection 2013.
  18. Namazi H, Mohit E, Namazi I, Rajabi S, Samadian A, Hajizadeh-Saffar E, Aghdami N, Baharvand H. Exosomes secreted by hypoxic cardiosphere-derived cells enhance tube formation and increase pro-angiogenic miRNA. J Cell Biochem. 2018 May;119(5):4150-60. doi: 10.1002/jcb.26621
  19. Selvasandran K, Makhoul G, Jaiswal PK, Jurakhan R, Li L, Ridwan K, Cecere R. A tumor necrosis factor-α and hypoxia-induced secretome therapy for myocardial repair. Ann Thorac Surg. 2018 Mar;105(3):715-23. doi: 10.1016/j.athoracsur.2017.09.005
  20. Gonzalez-King H, García NA, Ontoria-Oviedo I, Ciria M, Montero JA, Sepúlveda P. Hypoxia inducible factor-1α potentiates jagged 1-mediated angiogenesis by mesenchymal stem cell-derived exosomes. Stem Cells. 2017 Jul;35(7):1747-59. doi: 10.1002/stem.2618
  21. Hnatiuk AP, Ong SG, Olea FD, Locatelli P, Riegler J, Lee WH, Jen CH, De Lorenzi A, Giménez CS, Laguens R, Wu JC, Crottogini A. Allogeneic mesenchymal stromal cells overexpressing mutant human hypoxia-inducible factor 1-α (hif1-α) in an ovine model of acute myocardial infarction. J Am Heart Assoc. 2016 Jul 6;5(7). pii: e003714. doi: 10.1161/JAHA.116.003714
  22. Li H, Liu D, Li C, Zhou S, Tian D, Xiao D, Zhang H, Gao F, Huang J. Exosomes secreted from mutant-HIF-1α-modified bone-marrow-derived mesenchymal stem cells attenuate early steroid-induced avascular necrosis of femoral head in rabbit. Cell Biol Int. 2017 Dec;41(12):1379-90. doi: 10.1002/cbin.10869
Адрес для корреспонденции:
630090, Российская Федерация,
г. Новосибирск,
пр. акад. Лаврентьева, д. 8,
Институт химической биологии
и фундаментальной медицины СО РАН,
Центр новых медицинских технологий,
тел.: 8-913-753-0767,
e-mail: imai@mail.ru,
Майбородин Игорь Валентинович
Cведения об авторах:
Майбородин Игорь Валентинович, д.м.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории стволовой клетки, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск, Российская Федерация.
http://orcid.org/0000-0002-8182-5084
Шевела Андрей Иванович, д.м.н., профессор, заведующий отделом «Центр новых медицинских технологий», Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск, Российская Федерация.
http://orcid.org/0000-0002-3164-9377
Морозов Виталий Валерьевич, заведующий лабораторией инвазивных медицинских технологий, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск, Российская Федерация.
https://orcid.org/0000-0002-9810-5593
Михеева Татьяна Владимировна, к.м.н., докторант лаборатории стволовой клетки, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск, Российская Федерация.
http://orcid.org/0000-0003-2249-5174
Фигуренко Николай Федорович, к.м.н., докторант лаборатории стволовой клетки, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск, Российская Федерация.
http://orcid.org/0000-0002-0430-8673
Маслов Роман Владимирович, к.м.н., докторант лаборатории стволовой клетки, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск, Российская Федерация.
http://orcid.org/0000-0003-4472-859X
Майбородина Виталина Игоревна, д.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории ультраструктурных основ патологии, Институт молекулярной патологии и патоморфологии Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины, г. Новосибирск, Российская Федерация.
http://orcid.org/0000-0002-5169-6373
Контакты | ©Витебский государственный медицинский университет, 2007-2023