Preview

Бюллетень сибирской медицины

Расширенный поиск

Морфофункциональное состояние культуры стволовых клеток на 2D-матриксе, имитирующем «молчащие» остеогенные и кроветворные микротерритории

https://doi.org/10.20538/1682-0363-2012-6-96-105

Полный текст:

Аннотация

Изучено влияние особенностей рельефа и количественных параметров модельного костного минерального матрикса на морфофункциональное состояние пренатальных стромальных клеток легкого человека (ПСКЛЧ) in vitro и ремоделирование системы кость — костный мозг мышей in vivo. Исследования показали, что магнетронные кальцийфосфатные CaP покрытия представляют собой тонкий (толщина не более 1—2 мкм) беспористый гладкий (Ra меньше 1 мкм) слой карбоксилированных апатитов с соотношением кальция и фосфора выше стехиометрического (более 1,67). Такие 2D-поверхности несут дискретные структурно-функциональные микротерритории (ниши) для ПСКЛЧ. Тем не менее созревание ПСКЛЧ в остеобласты при 4-суточном культивировании на подобных поверхностях является маловероятным. Слабое остеогенное коммитирование ПСКЛЧ на гладком (Ra меньше 1 мкм) CaP покрытии ассоциировано in vitro со средним индексом искусственной остеогенной ниши менее 34%, незначительным растворением искусственной поверхности, повышенной секрецией TNF-α в культуре клеток. Поведение подобных имплантатов, несущих столбик сингенного костного мозга, проявляется in vivo затуханием эктопического костеобразования и гемопоэза у мышей. Предложенная методология позволяет, по-видимому, имитировать участки поверхности кости, несущие «молчащие» эндостальные ниши для стромальных и кроветворных стволовых клеток.

Об авторах

И. А. Хлусов
Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск, НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете, Сибирском государственном медицинском университете и Институте физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск
Россия


М. Ю. Хлусова
Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск


Н. М. Шевцова
Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск


М. В. Дворниченко
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете, Сибирском государственном медицинском университете и Институте физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск


К. А. Нечаев
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете, Сибирском государственном медицинском университете и Институте физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск


К. В. Зайцев
Томский НИИ курортологии и физиотерапии ФМБА России, г. Томск


Ю. В. Клепикова
Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск


В. Ф. Пичугин
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете, Сибирском государственном медицинском университете и Институте физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск


Р. А. Сурменев
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете, Сибирском государственном медицинском университете и Институте физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск


М. А. Сурменева
НОЦ «Биосовместимые материалы и биоинженерия» при Томском политехническом университете, Сибирском государственном медицинском университете и Институте физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск


Список литературы

1. Клиническая онкогематология / под ред. М.А. Волковой. М.: Медицина, 2001. 576 с.

2. Серов В.В., Шехтер А.Б. Соединительная ткань (функ-циональная морфология и общая патология). М.: Меди-цина, 1981. 312 с.

3. Тиц Н. Клиническое руководство по лабораторным те-стам: пер. с англ. / под ред. В.В. Меньшикова. М.: Юни-мед-Пресс, 2003. 943 с.

4. Фриденштейн А.Я., Лурия Е.А. Клеточные основы кроветворного микроокружения. М.: Медицина, 1980.

5. с.

6. Хлусов И.А., Хлусова М.Ю., Зайцев К.В. и др. Пилотное исследование in vitro параметров искусственной ниши для остеогенной дифференцировки пула стромальных стволовых клеток человека // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2010. № 4. С. 216—224.

7. Чайкина М.В., Хлусов И.А., Карлов А.В., Пайчадзе К.С. Механохимический синтез нестехиометрических и за-мещенных апатитов с наноразмерными частицами для использования в качестве биосовместимых материалов // Химия в интересах устойчивого развития. 2004. Т. 12. С. 389—399.

8. Чертков И.Л., Дризе Н.И. Как обеспечивается поддер-жание кроветворной системы // Гематология и трансфу-зиология. 1998. Т. 43, № 4. С. 3—8.

9. Aerts F., Wagemaker G. Mesenchymal stem cell engineering and transplantation // Genetic Engineering of Mesenchymal Stem Cells / J.A. Nolta (ed.). Springer, 2006.

10. P. 1—44.

11. Arai F., Suda T. Quiescent stem cells in the niche

12. (July 11, 2008) // StemBook, ed. The Stem Cell Rese-

13. arch Community, StemBook, doi/10.3824/stembook.1.6.1, http://www.stembook.org.

14. Biomaterials Science: an introduction to Materials in Medicine / ed. by B.D. Ratner, A.S. Hoffman, F.J. Schoen, J.E. Lemons. 2nd ed. Elsevier Inc., 2004. 851 p.

15. Birgersdotter A., Sandberg R., Ernberg I. Gene expression perturbation in vitro — a growing case for three-dimensional (3D) culture systems // Semin. Cancer Biol. 2005. V. 15. P. 405—412.

16. Chan C.K.F., Chen C.C., Luppen C.A. et al. Endochondral ossification is required for hematopoietic stem cell niche formation // Nature. 2009. V. 457. P. 490—494.

17. Curtis A.S., Varde M. Control of cell behavior: Topological factors // J. Natl. Cancer Inst. 1964. V. 33. P. 15—26.

18. Damien C.J., Ricci J.L., Christel P. et al. Formation of a cal-cium phosphate-rich layer on absorbable calcium carbonate bone graft substitutes // Calcif Tissue Int. 1994. V. 55. P. 151—158.

19. De Barros A.P.D.N., Takiya C.M., Garzoni L.R. et al. Os-teoblasts and bone marrow mesenchemal stromal cells control hematopoietic stem cell migration and proliferation in 3D in vitro model // PLoS One. 2010. V. 5. e9093—9111.

20.

21. Dellatore S.M., Garsia A.S., Miller W.M. Mimicking stem cell niches to increase stem cell expansion // Curr. Opin. Biotechnol. 2008. V. 19. P. 534—540.

22. 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. V. 6. P. 314—322.

23. Eshghi S., Schaffer D.V. Engineering microenvironments

24. to control stem cell fate and function / ed. S. Bhatia and J. Polak. The Stem Cell Research Community, 2008. doi/10.3824/stembook.1.5.1, http://www.stembook.org.

25. Friedenstein A.J. Osteogenic stem cells in bone marrow // Bone and Mineral Research / eds. J.N.M. Heershe, J.A. Kanis. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier Science Publishers, 1990. P. 243—272.

26. Frisch B.J., Porter R.L., Calvi L.M. Hematopoietic niche and bone meet // Curr. Opin. Support. Palliat. Care. 2008. V. 2. P. 211—217.

27.

28. Gibson I.R., Best S.M., Bonfield W. Chemical Characteriza-tion of Silicon-Substituted Hydroxyapatite // J. Bio. Mater. Res. Symp. 1999. V. 44. P. 422—428.

29. He Q., Wan C., Li G. Concise review: multipotent mesen-chymal stromal cells in blood // Stem cells. 2007. V. 25. P. 69—77.

30. 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. V. 95. P. 542—550.

31. Kay H.E.M. How many cell generations? // Lancet. 1965. V. 2. P. 418—419.

32. Khlusov I. A., Karlov A. V., Sharkeev Yu. P. et al. Osteo-genic Potential of Mesenchymal Stem Cells from Bone Mar-row in Situ: Role of Physicochemical Properties of Artificial Surfaces // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2005. V. 140, № 1. P. 144—152.

33. 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. V. 9. P. 204—219.

34. Kollet O., Dar A., Shivtiel S. et al. Osteoclasts degrade en-dosteal components and promote mobilization of hematopoietic progenitor cells // Nat. Med. 2006. V. 12. P. 657—664.

35. 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. V. 391. P. 1228—33.

36. Lutolf M.P., Gilbert P.M., Blau H.M. Designing materials to direct stem-cell fate // Nature. 2009. V. 462. P. 433—441.

37. Osteoporosis. Etiology, diagnosis, and management: second edition / B.L. Riggs, L.J. Melton III, eds. Philadelphia; N.Y.: Lippincott-Raven Publishers, 1995. 524 p.

38. Pichugin V. F., Eshenko E.V., Surmenev R.A. et al. Appli-cation of High-Frequency Magnetron Sputtering to Deposit Thin Calcium-Phosphate Biocompatible Coatings on a Titanium Surface // J. of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2007. V. 1, № 6. P. 679—682.

39. Purton L.E., Scadden D.T. The hematopoietic stem cell niche // StemBook / ed. L. Silberstein. The Stem Cell Research Community, 2008. doi/10.3824/stembook.1.28.1, http://www.stembook.org.

40. Scadden D.T. The stem cell niche in health and leukemic disease // Best Pract. Res. Clin. Haematol. 2007. V. 20. P. 19—27.

41. Schofield R. The relationship between the spleen colony-forming cell and the haemopoietic stem cell // Blood Cells. 1978. V. 4. P. 7—25.

42. Sniadecki N.J., Desai R.A., Ruiz S.A., Chen C.S. Nanotech-nology for cell-substrate interactions // Annals of Biomedial Engineering. 2006. V. 34. P. 59—74.

43. Taichman R.S. Blood and bone: two tissues whose fates are intertwined to create the hematopoietic stem-cell niche // Blood. 2005. V.105. P. 2631—2639.

44. Taichman R.S., Reilly M.J., Verma R.S. et al. Hepatocyte growth factor is secreted by osteoblasts and cooperatively permits the survival of haematopoietic progenitors // Br. J. Haematol. 2001. V. 112. P. 428—448.

45. Trentin J.J. Determination of bone marrow stem cell differ-entiation by stromal hemopoietic inductive microenvironments (HIM) // Am. J. Pathol. 1971. V. 65. P. 621—628.

46. Wilson A., Trumpp A. Bone-marrow haematopoietic-stem-cell niches // Nat. Rev. Immunol. 2006. V. 6. P. 93—106.

47. Yin T., Li L. The stem cell niches in bone // J. of Clinical In-vestigation. 2006. V. 116. P. 1195—1201.


Для цитирования:


Хлусов И.А., Хлусова М.Ю., Шевцова Н.М., Дворниченко М.В., Нечаев К.А., Зайцев К.В., Клепикова Ю.В., Пичугин В.Ф., Сурменев Р.А., Сурменева М.А. Морфофункциональное состояние культуры стволовых клеток на 2D-матриксе, имитирующем «молчащие» остеогенные и кроветворные микротерритории. Бюллетень сибирской медицины. 2012;11(6):96-105. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2012-6-96-105

For citation:


Khlusov I.A., Khlusova M.Y., Shevtsova N.M., Dvornichenko M.V., Nechaev N.A., Zaitsev K.V., Klepikova Y.V., Pichugin V.F., Surmenev R.A., Surmeneva M.A. Morphofunctional status of stem cells culture on 2D matrix imitating «quiescent» osteogenic and hemopoietic microterritories. Bulletin of Siberian Medicine. 2012;11(6):96-105. (In Russ.) https://doi.org/10.20538/1682-0363-2012-6-96-105

Просмотров: 37


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1682-0363 (Print)
ISSN 1819-3684 (Online)