Научная статья на тему 'Влияние длительности сокультивирования клеток из пуповинной крови и стромально-васкулярной фракции жировой ткани на амплификацию гемопоэтических предшественников'

Влияние длительности сокультивирования клеток из пуповинной крови и стромально-васкулярной фракции жировой ткани на амплификацию гемопоэтических предшественников Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

CC BY
123
37
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПУПОВИННАЯ КРОВЬ / ГЕМОПОЭТИЧЕСКИЕ СТВОЛОВЫЕ И ПРОГЕНИТОРНЫЕ КЛЕТКИ / EX VIVO ЭКСПАНСИЯ / МУЛЬТИПОТЕНТНЫЕ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЕ СТРОМАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ / СО-КУЛЬТУРА / СЕЛЕКЦИЯ КЛЕТОК / ОБОГАЩЕНИЕ / CORD BLOOD / HEMATOPOIETIC STEM AND PROGENITOR CELLS / EX VIVO EXPANSION / MESENCHYMAL STROMAL CELLS / CO-CULTURE / CELL SELECTION / ENRICHMENT

Аннотация научной статьи по биотехнологиям в медицине, автор научной работы — Андреева Е.Р., Андрианова И.В., Горностаева А.Н., Бобылева П.И., Балашова Е.Е.

Пуповинная кровь (ПК) представляет собой полноценный источник гемопоэтических стволовых и прогениторных клеток (ГСПК), количество которых может быть дополнительно увеличено ex vivo. Оптимизация условий экспансии является необходимым этапом исследований in vitro. Ранее мы показали, что за счет прикрепления части ядросодержащих клеток из ПК к мультипотентным мезенхимальным стромальным клеткам (МСК) из жировой ткани и последующей экспансии прикрепившихся малодифференцированных клеток можно получить популяцию, обогащенную ГСПК. Цель настоящей работы оптимизация предложенного протокола. После кратковременного (1-3 ч. ) и длительного (24-72 ч. ) со-культивирования ядросодержащих клеток ПК с МСК из жировой ткани все неприкрепившиеся клетки удаляли, а адгезировавшиеся ГСПК продолжали культивировать в течение 72 ч, что приводило к формированию новой популяции суспензионных клеток Определено количество прикрепившихся ГСПК на разных сроках со-культивирования, а также число ГСПК, КОЕ и доля CD34+-клеток в популяции суспензионных ГСПК после 72 ч. экспансии адгезированных ГСПК После 72 ч адгезии ядросодержащих клеток ПК число адгезированных СD34+-клеток было максимальным и составляло более 70% от всех СD34+-клеток в исходной популяции. По сравнению с исходными мононуклеарами ПК в результате экспансии в нашей модельной системе происходило увеличение количества примитивных CD34+ предшественников среди ГСПК в 4 раза, КОЕ в 6 раз. Вне зависимости от времени адгезии исходных ядросодержащих клеток ПК, БОЕ-Э составляли 80-90% от всех КОЕ среди ГСПК. Таким образом, со-культивирование ядросодержащих клеток ПК с МСК из жировой ткани в течение 3 сут обеспечивает максимальную адгезию CD34+-клеток, которые при последующей амплификации дают популяцию, существенно обогащенную как недифференцированными, так и коммитированными гемопоэтическими предшественниками

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биотехнологиям в медицине , автор научной работы — Андреева Е.Р., Андрианова И.В., Горностаева А.Н., Бобылева П.И., Балашова Е.Е.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The effects of co-culture duration of cord blood cells with adipose tissue-derived stromal cells on hematopoietic precursors> amplification

Umbilical cord blood is considered as a valuable source of hematopoietic stem and progenitor cells (CB-HSPCs). The number of latter may be significantly enriched with ex vivo expansion. Thus, the optimization of culture conditions is essential for in vitro manipulations. Recently we have demonstrated that CB-HSPCs may be separated from unmanipulated CB nucleated cells through the adhesion to adipose tissue-derived MSCs. Further coculture was resulted in raizing of new polulation of floating CB-HSPCs significantly ehriched in primitive progentors The goal of this study was to optimize above mentioned protocol To determine the optimal conditions for adhesion and multiplication of CB-HSPCs, nucleated CB cells were co-cultured on adipose-tissue MSC layer for short (1-3 hours) and long-term (24-72 hours) duration Unattached cells were removed, adherent CB-HSPCs were further cultured for 72 hours, resulted in formation of floating population of CB-HSPCs. in each time point the number of attached CB-HSPCs, newly formed floating CB-HSPCs, CD34+ cells and CFUs among latter was examined. After 72 hours of nucleated CB cells co-culture, the number of adherent CD34+ cells peaked and was over than 70% of total CD34+ cells among nucleated CB cell samples Proposed experimental design has provided 4-fold enrichment of primitive CD34+ and 6-fold of CFUs number among newly formed HSPCs. BFU-Es comprised 80-90% of total CFUs regardless of time of nucleated CB cells coculture. Thus, 3 days of nucleated CB cells/adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells co-culture provided peak of CD34+ cells' adhesion, amplification of latter resulted in rising of population maximally enriched both with undifferentiated and committed hematopoietic precursors

Текст научной работы на тему «Влияние длительности сокультивирования клеток из пуповинной крови и стромально-васкулярной фракции жировой ткани на амплификацию гемопоэтических предшественников»

ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ СОКУЛЬТИВИРОВАНИЯ КЛЕТОК ИЗ ПУПОВИННОЙ КРОВИ И СТРОМАЛЬНО-ВАСКУЛЯРНОЙ ФРАКЦИИ ЖИРОВОЙ ТКАНИ НА АМПЛИФИКАЦИЮ ГЕМОПОЭТИЧЕСКИХ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ

Е.Р. Андреева 1, И.В. Андрианова 12, А.Н. Горностаева 1, П.И. Бобылева 1, Е.Е. Балашова 23, Л.Б. Буравкова 1

1 Институт медико-биологических проблем РАН, Москва, Россия

2Российский кардиологический научно-производственный комплекс МЗ РФ, Москва, Россия

3 ООО «КриоЦентр», Москва, Россия

The effects of co-culture duration of cord blood cells with adipose tissue-derived stromal cells on hematopoietic precursors> amplification

E.R. Andreeva 1, I.V. Andrianova 12, A.N. Gornostaeva 1, P.I. Bobyleva 1, E.E. Balashova 23, L.B. Buravkova 1 11nstitute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

2 Institute of Experimental Cardiology, Cardiology Research Center, Moscow, Russia

3 Cord Blood Bank "CryoCenter," Moscow, Russia

Пуповинная кровь (ПК) представляет собой полноценный источник гемопоэтических стволовых и прогени-торных клеток (ГСПК), количество которых может быть дополнительно увеличено ex vivo . Оптимизация условий экспансии является необходимым этапом исследований in vitro . Ранее мы показали, что за счет прикрепления части ядросодержащих клеток из ПК к мультипотентным мезен-химальным стромальным клеткам (МСК) из жировой ткани и последующей экспансии прикрепившихся малодифферен-цированных клеток можно получить популяцию, обогащенную ГСПК. Цель настоящей работы — оптимизация предложенного протокола . После кратковременного (1—3 ч . ) и длительного (24—72 ч . ) со-культивирования ядросодержащих клеток ПК с МСК из жировой ткани все неприкрепившиеся клетки удаляли, а адгезировавшиеся ГСПК продолжали культивировать в течение 72 ч , что приводило к формированию новой популяции суспензионных клеток Определено количество прикрепившихся ГСПК на разных сроках со-культивирования, а также число ГСПК, КОЕ и доля Сй34+-клеток в популяции суспензионных ГСПК после 72 ч . экспансии адгезирован-ных ГСПК После 72 ч адгезии ядросодержащих клеток ПК число адгезированных Сй34+-клеток было максимальным и составляло более 70% от всех Сй34+-клеток в исходной популяции . По сравнению с исходными мононуклеарами ПК в результате экспансии в нашей модельной системе происходило увеличение количества примитивных CD34+ предшественников среди ГСПК в 4 раза, КОЕ — в 6 раз . Вне зависимости от времени адгезии исходных ядросодержащих клеток ПК, БОЕ-Э составляли 80-90% от всех КОЕ среди ГСПК. Таким образом, со-культивирование ядросодержащих клеток ПК с МСК из жировой ткани в течение 3 сут обеспечивает максимальную адгезию CD34+-клеток, которые при последующей амплификации дают популяцию, существенно обогащенную как недифференцированными, так и коммити-рованными гемопоэтическими предшественниками

Ключевые слова: пуповинная кровь, гемопоэтические стволовые и прогениторные клетки, ex vivo экспансия, мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, со-культура, селекция клеток, обогащение

Umbilical cord blood is considered as a valuable source of hematopoietic stem and progenitor cells (CB-HSPCs) . The number of latter may be significantly enriched with ex vivo expansion . Thus, the optimization of culture conditions is essential for in vitro manipulations . Recently we have demonstrated that CB-HSPCs may be separated from unmanipulated CB nucleated cells through the adhesion to adipose tissue-derived MSCs . Further coculture was resulted in raizing of new polulation of floating CB-HSPCs significantly ehriched in primitive progentors The goal of this study was to optimize above mentioned protocol To determine the optimal conditions for adhesion and multiplication of CB-HSPCs, nucleated CB cells were co-cultured on adipose-tissue MSC layer for short (1-3 hours) and long-term (2472 hours) duration . Unattached cells were removed, adherent CB-HSPCs were further cultured for 72 hours, resulted in formation of floating population of CB-HSPCs . in each time point the number of attached CB-HSPCs, newly formed floating CB-HSPCs, CD34+ cells and CFUs among latter was examined . After 72 hours of nucleated CB cells co-culture, the number of adherent CD34+ cells peaked and was over than 70% of total CD34+ cells among nucleated CB cell samples Proposed experimental design has provided 4-fold enrichment of primitive CD34+ and 6-fold of CFUs number among newly formed HSPCs . BFU-Es comprised 80-90% of total CFUs regardless of time of nucleated CB cells co-culture . Thus, 3 days of nucleated CB cells/adipose tissue-derived mesenchymal stromal cells co-culture provided peak of CD34+ cells' adhesion, amplification of latter resulted in rising of population maximally enriched both with undifferentiated and committed hematopoietic precursors

Keywords: cord blood, hematopoietic stem and progenitor cells, ex vivo expansion, mesenchymal stromal cells, co-culture, cell selection, enrichment .

Введение

Пуповинная кровь (ПК) в настоящее время рассматривается как полноценный источник гемопоэтических стволовых и прогениторных клеток (ГСПК) .

e-mail: andreeva_er@mail . ru

Важным преимуществом ПК, по сравнению с костным мозгом и мобилизованной периферической кровью, является возможность неинвазивного получения образцов в достаточно большом количестве и

использования клеток с меньшим соответствием по антигенам гистосовместимости с реципиентом (3—4 вместо 6 для костного мозга), что обеспечивает достаточную безопасность для реципиента в связи с более редкими случаями возникновения реакции «трансплантат против хозяина» [1—3]. ГСПК ПК успешно используются в детской онкогематологии и других областях медицины [4, 5]. Однако применение этих клеток для лечения взрослых пациентов ограничено недостаточным количеством ГСПК в одном образце ПК [6]. Решение данной проблемы путем объединения нескольких образцов ПК сопряжено с дополнительными рисками (антигенная несовместимость, контаминация патогенами и др ) Альтернативным вариантом, который привлекает все большее внимание исследователей, является использование ex vivo протоколов для увеличения количества ГСПК [7—9]. В связи с этим, подбор оптимальных условий получения ГСПК из ПК ex vivo является приоритетным направлением в этой области исследований

Судьба ГСПК ПК при культивировании зависит от ряда факторов, модификация которых может обеспечить их эффективную амплификацию . К таким модуляторам относятся «коктейли» экзогенных ге-мопоэтических цитокинов, подслой из стромальных клеток и предварительно выделенные с помощью иммуномагнитной сепарации примитивные CD34+ или CD133+ гемопоэтические предшественники [1, 4, 7, 9]. В настоящее время для ex vivo экспансии ГСПК ПК чаще всего используется обогащенная популяция CD34+-клеток [7, 10, 11], которые далее культивируются в монокультуре или в присутствии подслоя стромальных клеток . Обязательным компонентом среды культивирования являются экзогенные цитокины, индуцирующие гемопоэз [3]. Однако использование для экспансии только CD34+-клеток может искусственно обеднить спектр ГСПК, так как известно, что экспрессия этого антигена транзитор-на [12]. Ранее нами был предложен функциональный подход к обогащению популяции ГСПК ПК за счет их адгезии к мультипотентным мезенхималь-ным стромальным клеткам (МСК) из жировой ткани и последующей экспансии прикрепившихся мало-дифференцированных клеток [13]. Цель настоящей работы — оптимизация предложенного протокола . Для этого была проанализирована динамика адгезии клеток ПК к подслою стромальных клеток, охарактеризован фенотип и функциональная активность полученной после амплификации суспензионной популяции ГСПК ПК .

Материал и методы

Выделение мононуклеарной фракции ПК

Образцы ПК получали от обследованных здоровых рожениц после подписания добровольного информированного согласия в отделениях Научного центра акушерства, гинекологии и перинатоло-гии им . акад . В . И . Кулакова . После седиментации эритроцитов и удаления избытка плазмы фракцию ядросодержащих клеток ресуспендировали в аутогенной плазме с добавлением 10% диметилсуль-фоксида (Sigma, США) и 1% Декстрана-40 (Sigma, США), расфасовывали в криопробирки и подвергали программному замораживанию (CryoMed 7451, Thermo Fisher Scientific, США) до конечной температуры -90°С в соответствии со Стандартными опе-

рационными процедурами Банка стволовых клеток [14]. В день эксперимента клетки размораживали на водяной бане при +37°С и отмывали от крио-протектора в среде культивирования a-MEM (Gibco, США). После оценки жизнеспособности по окраске трипановым синим, концентрацию клеток доводили до 1,5—2,5х10в кл/мл и использовали в течение 30 мин . Анализ фенотипа размороженных монону-клеарных клеток (МНК) ПК проводили по методике, описанной ниже .

Выделение и культивирование МСК

Образцы жировой ткани после липосакции были получены в рамках Договора о научном сотрудничестве с многопрофильной клиникой «Союз» . Все пациенты подписывали добровольное информированное согласие перед выполнением процедуры МСК выделяли из стромально-васкулярной фракции жировой ткани по стандартной методике [15] в модификации, описанной нами ранее [16], и культивировали постоянно при 5% О2 в мультигазовом инкубаторе (Sanyo, Япония) в среде a-MEM (Gibco, США) с добавлением 10% инактивированной фе-тальной бычьей сыворотки (Hyclone, США), 100 ЕД/мл пенициллина и 100 ЕД/мл стрептомицина (Панэко, Россия). По достижении 70—80% конфлу-ентности монослоя клетки пересевали. Для экспериментов использовали МСК 2—4 пассажей .

Совместное культивирование МСК

и МНК ПК

Перед началом экспериментов МСК обрабатывали митомицином в течение 24 ч . , затем рассева-ли с плотностью 70—80% монослоя в чашки Петри диаметром 60 мм (Corning, США) и культивировали 24 ч . до начала эксперимента, схема которого представлена на рис 1

Эксперимент состоял из двух этапов . На первом этапе получали и охарактеризовывали популяцию ГСПК, адгезированных из исходной фракции МНК ПК В чашки Петри с МСК, обработанными мито-мицином, добавляли суспензию ядросодержащих клеток ПК (2х106 кл/мл) и помещали в СО2 инкубатор (20% О2). Через определенные интервалы времени (1, 3, 24, 72 ч . ) все неприкрепившиеся клетки удаляли Часть образцов использовали для характеристики прикрепившихся клеток Количество и жизнеспособность адгезированных ГСПК определяли после одновременного окрашивания флуорес-цеин-диацетатом (FDA, Sigma, США) и йодидом про-пидия (Pi, invitrogen, США) в конечной концентрации 0,05 мкг/мл и 300 мкг/мл соответственно . Жизнеспособность клеток анализировали на флуоресцентном микроскопе Nikon Eclipse TiU (Nikon, Япония): живые и мертвые клетки различали по наличию зеленой (FDA, X = 470/515 нм) и красной

возб ./исп . ^

(Pi, Хвозб /исп = 535/590 нм) флуоресценций . В каждой культуре анализировали не менее 5 случайно выбранных полей зрения, площадью 0,14 мм2 каждое Для получения количественных данных по жизнеспособности и числу адгезированных ГСПК дальнейшую обработку изображений выполняли в программе NiS-elements (Nikon, Япония) . Феноти-пирование проводили после трипсинизации (0,05% трипсин-ЭДТА, Gibco, США) адгезированных ГСПК по методике, описанной ниже

Рис. 1. Анализ временной динамики адгезии ядросодержащих клеток ПК и последующей амплификации ГСПК ПК на подслое из МСК жировой ткани

На втором этапе эксперимента оценивали амплификацию и функциональную активность ГСПК. В оставшиеся образцы добавляли свежую среду и продолжали инкубировать в течение 72 ч . , в результате чего над монослоем МСК с прикрепившимися к нему на первом этапе ГСПК появлялись флотирующие клетки . Эта популяция могла формироваться как за счет пролиферации прикрепившихся ГСПК и их последующего открепления, так и за счет открепления исходных ГСПК . В суспензии вновь образовавшихся ГСПК анализировали общее число ГСПК, содержание КОЕ и Сй34+-кпеток .

Иммунофенотипирование ГСПК

Иммунофенотипирование ГПСК проводили в образцах исходных МНК ПК, ГСПК, адгезирован-ных через 72 ч . на первом этапе эксперимента и в популяции клеток, полученных при дальнейшем культивировании прикрепленных клеток на втором этапе эксперимента, с помощью проточной цитоме-трии (Accuri C6, Becton Dickinson, США) . Наиболее

N No

1П_

< ? I

СО

еЧ

I г

■sf

00 □ „

О «о

Q6-UL 0,6% ■ ■ ч Q6-UR 15,7% ■ , / * Нг:

■ ■ -v .- ■ L Q6-LL 22,9% SEK " ioVr < Щ. ;■■-..■■ Q6-LR 60,7%

широко используемым маркером для недифференцированных гемопоэтических клеток является антиген CD34 [17], кроме того, эти клетки умеренно экспрессируют общий лейкоцитарный маркер CD45 (CD45dim) . На основе этих двух маркеров разработан протокол фенотипирования ГСПК методом проточной цитометрии iSHAGE (international Society of Hematotherapy and Graft Engineering) для оценки количества CD34+-кпеток в клинике [18]. Мы применили этот подход для идентификации ГСПК . В работе использовали меченные флуорохромами антитела к СD45 и СD34 (BD Pharmingen, США) в концентрации, рекомендованной изготовителем На рис. 2 приведена репрезентативная плот-диаграмма распределения клеток, несущих CD45-PerCP/CD34-APC антигены .

Выявление колониеобразующих единиц {КОЕ]

Наличие КОЕ оценивали по способности клеток образовывать колонии в полужидкой среде, содержащей коктейль цитокинов и факторов роста ГСПК (MethoCult H4034, STEMCELL Technologies, Канада) . Суспензию клеток вносили в среду из расчета 50х103 на чашку Петри диаметром 35 мм и культивировали в соответствии с инструкцией производителя. Количество и состав колоний оценивали через 14 сут Общее количество КОЕ определяли по формуле: N^p х общее количество ГСПК/(50х103).

10 10 10 CD45-FL-1-A

„7,2

Рис. 2. Репрезентативная плот-диаграмма распределения клеток, несущих С045-РегСР/Сй34-АРС антигены во вновь образованной суспензионной популяции ГСПК ПК через 72 ч . после удаления не прикрепившихся ядросодержащих клеток ПК из со-культуры с МСК ГСПК, несущие оба антигена, — в верхнем правом квадранте

Статистический анализ

Учитывая непараметрическое распределение количественных признаков, статистический анализ проводили с использованием U-критерия Манна-Уитни в «Microsoft Excel 2000» и «Statistica 7 . 0» . Различия считали статистически значимыми при р<0 . 05 .

Результаты

Фенотип и динамики прикрепления

недифференцированных гемопоэтических

предшественников

Криоконсервированные МНК ПК были разморожены и проанализированы на проточном ци-тофлуориметре для определения доли CD34+-недифференцированных гемопоэтических клеток . Доля клеток, несущих CD34 маркер, составила 1,3±0,4% .

Определение жизнеспособности и подсчет количества живых прикрепившихся клеток ПК проводили на первом этапе эксперимента сразу после удаления суспензии ядросодержащих клеток через 1, 3, 24 и 72 ч . со-культивирования (рис . 3).

Из рис . 3 видно, что основная часть ГСПК уже через 3 ч . прикреплялась к стромальному подслою . Увеличение времени со-культивирования клеток ПК и МСК не приводило к существенному увеличению числа адгезировавшихся клеток . Проведенный нами ранее морфологический анализ [13] показал, что большая часть клеток ПК, прикрепившихся к стро-мальному подслою, представляет собой гемопо-этические предшественники разной степени ком-митированности, т е те клетки, которые принято обозначать как ГСПК.

Через 72 ч . экспозиции был определен фенотип адгезированных ГСПК . Доля CD34+-клеток составила в среднем 63±19%, т . е . примерно 9,4х103 на 106 внесенных МНК ПК . Исходя из того, что исходная доля CD34+-кпеток была 1,3%, т . е . 13х103/10в, эффективность адгезии CD34+ клеток равнялась 72%

Амплификация и функциональная активность ГСПК после разных сроков адгезии (второй этап эксперимента]

После удаления суспензии ядросодержащих клеток ПК через определенные интервалы и со-культивирования оставшихся прикрепленных ГСПК с МСК в течение 72 ч . , над стромальным слоем образовывалась новая суспензия неприкрепленных ГСПК, которые были собраны, подсчитаны, определена их жизнеспособность, проанализирован фенотип и проведен функциональный тест на содержание колониеобразующих единиц (КОЕ). Количество вновь образованных ГСПК и число Сй34+-кпеток среди них линейно возрастало при увеличении времени адгезии (рис . 4А).

Во всех временных точках жизнеспособность ГСПК была высокой (>95%) . Число КОЕ также изменялось прямо пропорционально времени адгезии (рис . 4б), при этом соотношение разных типов гемопоэтических колоний оставалось неизменным с существенным преобладанием БОЕ-Э .

Таким образом, после кратковременного (1—3 ч . ) и длительного (24—72 ч . ) со-культивирования ядросодержащих клеток ПК с МСК из жировой ткани можно получить фракцию адгезированных ГСПК, которая при последующей экспансии в течение дополнительных 72 ч . образует адгезированную и суспензионную популяцию гемопоэтических предшественников . Количество ГСПК, доля среди них Сй34+-клеток и количество КОЕ во вновь образованной популяции ГСПК достигали максимальных значений после предварительной адгезии МНК ПК к МСК в течение 72 ч

Опираясь на полученные результаты, было рассчитано примерное количество примитивных и ком-митированных предшественников в одной дозе ПК, составляющей около 100 млн клеток . Сравнительные данные по числу различных предшественников в исходной популяции МНК ПК и амплифицирован-ных ГСПК приведены в таблице . По сравнению с исходными МНК ПК в результате экспансии в нашей модельной системе происходило увеличение количества примитивных Сй34+-предшественников среди ГСПК в среднем в 4 раза, а количество КОЕ — примерно в 6 раз, что свидетельствует об эффективности предложенной схемы амплификации ГСПК ПК с использованием стромального подслоя из МСК жировой ткани

Таблица. Сравнительная характеристика пкМНК и ГСПК

Рис 3. Динамика прикрепления и жизнеспособность ГСПК ПК в различных временных точках эксперимента . Данные представлены как среднее ± ошибка среднего . * — различия статистически значимы при сравнении со значением в точке 1 ч .

Параметр CD34+ КОЕ/103

Исходные МНК ПК 0,13х108 140 (108 клеток)

ГСПК из 108 МНК ПК 0,48х108 826

Кратность увеличения 3,7 7

Рис. 4. Амплификация ГСПК в со-культуре с МСК:

А — общее количество ГСПК ПК (кружки) и число Сй34 + -клеток (треугольники) во вновь образованной суспензии; Б — характеристика КОЕ среди вновь образованной популяции ГСПК; БОЕ-Э — эритроидные, КОЕ-ГМ — гранулоцитарно-моноцитарные; КОЕ-Г — гранулоцитарные, КОЕ-М — моноцитарные; * — различия статистически значимы при сравнении со значениями в точках 1—24 ч .

Обсуждение

Ex vivo экспансия ГСПК для обеспечения необходимого количества прогениторных клеток позволяет скомпенсировать их недостаток в исходных образцах ПК . Успех амплификации ГСПК ПК может зависеть от ряда параметров: предварительной селекции, экзогенных цитокинов, источника стро-мального подслоя, времени совместной экспозиции гемопоэтических клеток с клетками стромы и др В настоящей работе был использован предложенный нами ранее метод со-культивирования ГСПК ПК на подслое из МСК жировой ткани человека без добавления экзогенных цитокинов [12]. Оказалось, что при со-культивировании МНК ПК с МСК происходит быстрое прикрепление основной части способных к адгезии клеток-предшественниц, число которых при дальнейшем культивировании изменяется незначительно . Определение времени экспозиции суспензии исходных популяций (костный мозг, ПК, иммобилизованная периферическая кровь), содержащих незначительное количество гемопоэтических предшественников, со стромальным подслоем является важной составляющей процедуры амплификации . Уменьшение времени экспансии может быть важно с точки зрения клинической практики, но при этом необходимо получить максимально функциональную клеточную популяцию . Ранее в экспериментах с выделенными Сй34+-популяциями W. Wagner с соавт . (2007) обнаружили, что уже через 1 ч . к МСК из костного мозга и жировой ткани прикреплялось около 80% Сй34+-кпеток ПК и далее в течение 15 ч . большая часть этих клеток оставалась прикреп-

ленной [19]. Максимум адгезии через 2 ч . взаимодействия был выявлен при со-культивировании нефракционированных гемопоэтических клеток со стромой из костного мозга, после чего число ГСПК даже несколько снижалось [20]. Наши результаты показывают, что селекция ГСПК из исходной популяции МНК ПК за счет адгезии к стромальным клеткам происходит по такому же сценарию: ГСПК быстро прикрепляются в течение 3 ч . и далее их число практически не меняется . Таким образом, динамика адгезии малодифференцированных предшественников не зависит от того, была ли проведена их предварительная селекция .

Вопрос: что эффективнее использовать для экспансии, нефракционированную ПК или популяцию Сй34+-кпеток? — пока не решен окончательно [9] тем не менее, уже убедительно показано, что при внесении на стромальный подслой как нефрак-ционированной суспензии клеток костного мозга и (или) ПК, так и Сй34+-субпопуляции, прикрепляющаяся фракция гемопоэтических клеток обогащена недифференцированными предшественниками так, А . Е . ГптЬепдеп с соавт . (2001) сравнили эффективность приживления исходных ГСПК костного мозга мышей и ГСПК из суспензии костномозговых клеток, адгезировавшихся к Декстеровскому подслою . Оказалось, что прикрепленные ГСПК эффективнее обеспечивали поддержание кроветворения у летально облученных мышей (70% случаев) по сравнению с исходными клетками костного мозга . По мнению авторов, полученные данные указывают на то, что во фракции адгезированных ГСПК находятся две из

трех клеток, способных к приживлению [21]. В дальнейшем, в экспериментах с выделенными СР34+-клетками из костного мозга, ПК и периферической крови было продемонстрировано, что к стромально-му подслою из костномозговых МСК адгезируют преимущественно недифференцированные клетки с фенотипом Сй34+/Сй38- [18, 22, 23]. Пролиферация этих прикрепленных ГСПК обеспечивала появление новой суспензионной культуры, обогащенной гемо-поэтическими предшественниками разной степени коммитированности . Анализ фенотипа адгезирован-ных ГСПК после 72 ч . со-культивирования с МСК, выполненный в настоящей работе, показал, что более 60% этих клеток были СР34+ . Кроме того, после всех временных интервалов со-культивирования (1—72 ч . ) прикрепленные клетки продуцировали суспензионную популяцию, упомянутую выше При этом число ГСПК, вновь образуемых прикрепивши-

мися клетками, а также количество Сй34+-клеток и КОЕ в этой суспензии наиболее значимо увеличивалось после 72 ч . предварительной адгезии .

Таким образом, анализ динамики прикрепления малодифференцированных гемопоэтических предшественников к стромальному подслою и их последующей амплификации показал, что, несмотря на быстрое прикрепление, оптимальное время адгезии ГСПК из популяции ядросодержащих клеток ПК для последующей успешной амплификации должно составлять не менее 72 ч

Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы Президиума РАН «Фундаментальные исследования для разработки биомедицинских технологий».

ЛИТЕРАТУРА:

I. Broxmeyer H . Е . , Srour Е . F . , Hangoc G . et al . High-efficiency recovery of functional hematopoietic progenitor and stem cells from human cord blood cryopreserved for 15 years . PNAS USA 2003; 100(2): 645-50 .

2 . Gluckman Е . , Ruggeri A ., Rocha V . et al . Family-directed umbilical cord blood banking . Haematologica 2011; 96(11); 1700-7 .

3 . Andrade P .Z ., Santos F. D ., Cabral J . M . et al . Stem cell bioengineering strategies to widen the therapeutic applications of haematopoietic stem/progenitor cells from umbilical cord blood . J . Tissue Eng . Regen . Med . 2015; 9(9): 988-1003 .

4 . Дмитриева Р . И ., Анисимов С . В . Возможности экспансии гемопоэтических стволовых клеток in vitro . Цитология 2013; 55(1): 11-5 .

5 . Романов Ю .А ., Балашова Е . Е ., Быстрых О .А . и др . Пуповинная кровь для аутологичной трансфузии в раннем постнатальном периоде: анализ клеточного состава и жизнеспособности клеток при длительном хранении . Клеточные технологии в биологии и медицине 2014; 4: 207-11.

6 . Brunstein C . G ., Wagner J . E . Cord blood transplantation for adults . Vox Sanguinis 2006; 91: 195-205

7 . Hofmeister C . C . , Zhang J . , Knight K . L . et al . Ex vivo expansion of umbilical cord blood stem cells for transplantation: growing knowledge from the hematopoietic niche Bone Marrow Transplant 2007; 39(1): 11-23 .

8 . Уфимцева А. И ., Канов Е . В . Характеристика и ex vivo экспансия гемопоэтических стволовых и прогениторных клеток пупо-винной крови Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2012; 7(4): 21-7 .

9 . Шаманская Т. В . , Осипова Е . Ю . , Румянцев С .А. Ex vivo экспансия гемопоэтических стволовых клеток пуповинной крови Онко-гематология 2012; 7(1): 35-44 .

10 . Robinson S ., Niu T ., de Lima M . et al . Ex vivo expansion of umbilical cord blood Cytotherapy 2005; 7(3): 243-50

II. Петёвка Н . В ., Гончарова Н . В ., Северин И . Н . и др . Пролиферация и дифференцировка предшественников миелоидного ростка кроветворения пуповинной крови человека при экспансии in vitro . Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2012; 7(1): 40-8 .

12 . Zanjani E . D ., Almeida-Porada G ., Livingston A. G . et al . Reversible expression of CD34 by adult human bone marrow long-term engrafting hematopoietic stem cells . Exp . Hematol . 2003; 31(5): 406-12 .

13 . Маслова Е . В ., Андреева Е . Р ., Андрианова И . В . и др . Обогащение мононуклеаров пуповинной крови гемопоэтическими клетками-предшественниками в совместной культуре с мезенхимальными стромальными клетками жировой ткани человека . Клеточные технологии в биологии и медицине 2013; 4: 238-43 .

14 . Romanov Y .A ., Tarakanov O . P ., Radaev S . M . et al . Human allogeneic AB0/Rh-identical umbilical cord blood cells in the treatment of juvenile patients with cerebral palsy . Cytotherapy 2015; 17(7): 969-78 .

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

15 . Zuk P .A., Zhu M ., Mizuno H . et al . Multilineage cells from human adipose tissue: implications for cell-based therapies Tissue Eng . 2001; 7(2): 211-28 .

16 . Буравкова Л . Б ., Гринаковская О . С ., Андреева Е . Р . и др . Характеристика мезенхимных стромальных клеток из липоаспирата человека, культивируемых при пониженном содержании кислорода Цитология 2009; 51(1): 5-11.

17 . Krause D . S ., Fackler M . J . , Civin C . I . et al . CD34: structure, biology, and clinical utility . Blood . 1996; 87(1): 1-13 .

18 . Sutherland D . R . , Anderson L ., Keeney M . et al . The ISHAGE guidelines for CD34+ cell determination by flow cytometry. International Society of Hematotherapy and Graft Engineering J Hematother . 1996; 5(3): 213-26 .

19 . Wagner W., Wein F., Roderburg C . et al . Adhesion of hematopoietic progenitor cells to human mesenchymal stem cells as a model for cell-cell interaction . Exp . Hematol . 2007; 35(2): 314-25 .

20 Madhusudhan T , Richhariya A , Majumdar S S et al An in vitro model for grafting of hematopoietic stem cells predicts bone marrow reconstitution of myeloablative mice J Hematother Stem Cell Res . 2003; 12(2): 243-52 .

21. Frimberger A. E . , Stering A . I ., Quesenberry P . J . An in vitro model of hematopoietic stem cell homing demonstrates rapid homing and maintenance of engraftable stem cells . Blood 2001; 98(4): 1012-8 .

22 . Jing D ., Fonseca A .V ., Alakel N . et al . Hematopoietic stem cells in co-culture with mesenchymal stromal cells--modeling the niche compartments in vitro . Haematologica 2010; 95(6): 542-50 .

23 . da Silva C . L ., Gongalves R ., dos Santos F. et al . Dynamic cell-cell interactions between cord blood haematopoietic progenitors and the cellular niche are essential for the expansion of CD34+, CD34+CD38- and early lymphoid CD7+ cells . J . Tissue Eng . Regen . Med . 2010; 4(2): 149-58 .

Поступила: 26.10.2015

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.