Аллогенные мультипотентные мезенхималыные стромальные клетки костного мозга вызывают реакцию отторжения Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

■ И I II II

■m

Новости клеточных технологий

НОВОСТИ КЛЕТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИИ

КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ

Аллогенные мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки костного мозга вызывают реакцию отторжения

Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки костного мозга (ММСК) известны как продуценты многих цитокинов и регуляторных молекул, участвующих в гемо поэзе. В дополнение к продукции ростовых факторов, ММСК имеют иммуносупрессивные свойства, которые мо гут способствовать успешной аллогенной трансплантации костного мозга [1]. In vitro исследования продемонстри ровали, что ММСК подавляют пролиферацию Т клеток, индуцированную аллоантигенами и митогенами [2,3], а так же индуцируют «арест» их клеточного цикла; ингибируют пролиферацию и созревание дендритных клеток и снижают продукцию цитокинов многими клетками иммунной сис темы [4]. Также эти клетки обладают иммуносупрессив ными свойствами in vivo: аллогенные ММСК увеличивают выживаемость кожных аллотрансплантатов у иммуноком петентных бабуинов [2] и предотвращают отторжение алло генных раковых клеток у иммунокомпетентных мышей [5]. Однако механизмы их воздействия во всех случаях оста ются невыясненными.

Благодаря тому, что ММСК участвуют в образовании ге мопоэтической ниши, обсуждается перспектива их приме нения для усиления приживаемости трансплантированных гемопоэтических стволовых клеток. В эксперименте были получены весомые доказательства улучшения приживаемо сти трансплантатов [6, 7]. Первые исследования в клинике также подтвердили выполнимость и безопасность такого подхода [8, 9]. Более того, благодаря уникальным иммуно логическим свойствам ММСК, были начаты клинические испытания 2 коммерческих аллогенных HLA несовмести мых продуктов - Prochymaí™ для лечения реакции «транс плантат против хозяина» и болезни Крона и Provacel™ для лечения сердечной недостаточности после острого инфар кта миокарда.

Недавно группой Nauta были проведены исследования, тестирующие иммуносупрессивные свойства аллогенных ММСК in vivo на моделях трансплантации костного мозга. Трансплантация собственных ММСК сублетально облучён ным животным приводила к снижению отторжения транс плантата, в то время как котрансплантация костного мозга с аллогенными ММСК, напротив, приводила к усиленному отторжению.

Иммунные свойства ММСК in vitro исследовались в ре акции смешанной культуры лимфоцитов, которая показала, что ММСК действительно ингибируют пролиферацию алло генных спленоцитов в зависимости от концентрации. Однако in vivo аллогенные ММСК запускали иммунный ответ. При аллогенных трансплантациях всего лишь 0.5S106 ММСК происходила полная элиминация донорских лимфоцитов в течение 1 дня - это указывает на то, что инфузии клеток в таком количестве достаточно для активации Т клеток памя ти. Кинетика же элиминации донорских лимфоцитов у мышей, получивших трансфузию сингенных ММСК, ничем не отлича лась от контрольной группы, которой вместо ММСК вводился фосфатно солевой буфер, и была гораздо менее выражена, чем у реципиентов, получивших аллогенные ММСК.

Таким образом, эти данные свидетельствуют о том, что ММСК не обладают какими то особыми иммунными свой ствами in vivo, хотя и демонстрируют их в моделях in vitro. Ав торы продемонстрировали иммуногенность аллогенных ММСК, их способность запускать Т клеточный иммунный ответ у иммунокомпетентных животных. Более того, трансфу зия аллогенных ММСК вызывала развитие клеточного иммун ного ответа даже у мышей с подавленной иммунной системой.

Исследование Nauta входит в противоречие с первич ными данными, полученными другими группами [1] и обо стряет научную дискуссию об иммунопривилегированности ММСК. Результаты работы показывают, что введение не большого количества несовместимых ММСК приводит к быстрому отторжению трансплантатов костного мозга в ре зультате реакции «хозяин против трансплантата» у мышей. То есть эффекты введения ММСК зависят от ШАсовмес тимости донора и реципиента. На сегодняшний день показа на безопасность системного введения только аутогенных [9] или HLA совместимых ММСК [10]. Значение результатов этой работы и дискуссия особо актуальны в связи с началом клинических испытаний системного введения аллогенных несовместимых ММСК при ряде заболеваний, одобренных FDA в США. Поэтому эти данные нуждаются в проверке и подтверждении другими лабораториями. Однако результа ты этой работы нельзя не учитывать при принятии решения о начале клинических испытаний протоколов введения ММСК при различных заболеваниях.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Сергеев B.C. Иммунологические свойства мультипотентных мезенхимных стромальных клеток. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2005; 2: 39 42.

2. Bartholomew A, Sturgeon C., Siatskas М. et al. Mesenchymal stem cells suppress lymphocyte proliferation in vitro and prolong skin graft survival in vivo. Exp. Hematol. 2002; 30: 42 8.

3. Di Nicola M., Carlo Stella C., Magni M. et al. Human bone marrow stromal

cells suppress T lymphocyte proliferation induced by cellular or nonspecific mitogenic stimuli. Blood 2002; 99: 3838 43.

4. Aggarwal S., Pittenger M.F. Human mesenchymal stem cells modulate allogenic immune cell responses. Blood 2005; 105: 1815 22.

5. Djouad F., Plence P, Bony C. et al. Immunosuppressive effect of mesenchymal stem cells favors tumor growth in allogeneic animals. Blood 2003; 102: 3837 44.

6. Almeida Porada G., Porada C.D., Tran N., Zanjani E.D. Cotransplantation of human stromal cell progenitors into preimmune fetal sheep results in early

Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Ni 4 (6), 2006

I I I I I I

■ I I I

Новости клеточных технологий

appearance of human donor cells in circulation and boosts cell levels in bone marrow at later time points after transplantation. Blood 2000; 95: 3620 7.

7. Noort W.A., Kruisselbrink A.B., in't Anker P.S. et al. Mesenchymal stem cells promote engraftment of human umbilical cord blood derived CD34[ i) cells in NQD/SCID mice. Exp. Hematol. 2002; 30: 870 8.

8. Lazarus H.M., Koc O.N., Devine S.M. et al. Cotransplantation of HLA identical sibling culture expanded mesenchymal stem cells and hematopoietic stem cells in hematologic malignancy patients. Biol. Blood Marrow Transplant.

2005; 11(5): 389 98.

9. Koc O.N., Gerson S.L., Cooper B.W. et al. Rapid hematopoietic recovery after coinfusion of autologous blood stem cells and culture expanded marrow mesenchymal stem cells in advanced breast cancer patients receiving high dose chemotherapy. J. Clin. Oncol. 2000; 18: 307 16.

10. Horwitz E.M., Prockop D.J., Fitzpatrick L.A. et al. Transplantability and therapeutic effects of bone marrow derived mesenchymal cells in children with osteogenesis imperfecta. Nat. Med. 1999; 5: 309 13.

Подготовила A.C. Григорян

По материалам Blood. Prepublished online May 11,9006; DOI 10.1182/blood-2005-11-011650

Иммунное отторжение мезенхимальных стромальных стволовых клеток при трансплантации во взрослый головной мозг

Многочисленные экспериментальные исследования, де монстрирующие высокую пластичность мезенхимальных стромальных стволовых клеток (ММСК), позволили перейти к испытаниям методов клеточной терапии для лечения различ ных заболеваний, в том числе и в неврологии [1]. Известно, что ММСК в подходящих In vitro условиях могут давать пре зумптивные нейроны (2, 3], приобретая типичный нейрональ ный фенотип и экспрессируя характерные для нервной ткани маркёры. Поскольку ММСК считаются иммунопривилеги рованными клетками и обладают иммуносупрессивным эф фектом [4], исследователи изучают возможность трансплан тации аллогенных клеток с терапевтической целью. Группой Coyne была показана способность аллогенных ММСК к дифференцировке в нейроны In vivo при трансплантации в развивающийся головной мозг крыс [5]. Донорские клетки начинали экспрессировать нейрональные маркеры и за тем мигрировали в различные удалённые участки головно го мозга. Более того, ММСК заселяли обширные участки фетального и неонатального мозга, экспрессируя сайт специфические нейрональные гены и демонстрируя хоро шую выживаемость [5]. Этот эксперимент показывает, что аллогенные ММСК способны к дифференцировке, мигра ции и длительному выживанию без иммунной реакции в эм бриональном головном мозге.

Недавно в он лайн версии журнала Stem Cells эта же группа исследователей опубликовала новые данные по трансплантации аллогенных ММСК во взрослый, уже сфор мировавшийся головной мозг. Во взрослом мозге количество факторов, отвечающих за дифференцировку клеток, значи тельно снижено по сравнению с эмбриональным мозгом. Исследователи предположили, что ММСК, попав в мозг взрослых животных, не будут реализовывать свой потенциал так же успешно, как это происходило у эмбрионов. Однако известно, что и во взрослом мозге есть два региона, обла дающих известной пластичностью. Это гиппокампальная зубчатая извилина и вентрикулярная субэпендимальная зона, клетки которых продолжают секретировать морфогене тические белки, отвечающие за пролиферацию, дифферен цировку и выживание резидентных клеток предшественников [6, 7]. Именно в эти области (гиппокамп и стриатум) авторы и выполняли трансплантации. Кроме того, авторы провери ли иммуногенность аллогенных ММСК при их транспланта ции. Взрослый головной мозг, в отличие от эмбрионального, обладает хорошо развитыми гуморальным и клеточным ком понентами иммунной системы, которые могут повлиять на

судьбу донорских клеток.

Оказалось, что в интактном взрослом головном мозге крыс в ответ на инфузию аллогенных ММСК возникает вое палительная реакция, приводящая к быстрому отторжению донорских клеток. Иммунная реакция стала основной прегра дой на пути выживания и стабильной интеграции в нервную ткань трансплантированных клеток.

Отторжение аллогенной донорской ткани обычно опое редуется адаптивным, или приобретённым, иммунитетом. Адаптивный иммунный ответ возникает на 1014 сутки пос ле трансплантации, именно столько времени требуется на презентацию антигена, селекцию и клональную экспансию Т клеточных популяций. При гистологических исследованиях тканей, полученных от экспериментальных животных, было обнаружено, что в данном случае задействуется не приобре тённый иммунитет. В области трансплантата присутствовало минимальное количество С08^ цитотоксических клеток, к тому же отторжение завершалось уже к седьмым суткам от начала эксперимента. Это свидетельствует о том, что ММСК отторгались посредством воспалительной реакции, то есть реакции врождённого иммунитета. В ней главным образом уча ствовали клетки микроглии (специализированные макрофа ги). Обычно при травмах мозга микроглиальные клетки быст ро мигрируют в зону повреждения и формируют своеобразный барьер, отделяющий нормальные клетки от разрушенных. При трансплантации ММСК наблюдался сходный эффект.

Интрацеребральная трансплантация вызывает серь ёзную механическую травму мозга, поскольку продвиже ние канюли через мозговую паренхиму ранит локальные нервные и сосудистые структуры, что, по видимому, и про воцирует воспаление. Уже на третьи сутки вокруг донорских клеток начиналось быстрое развитие клеток микроглии - как в стриатуме, так и в гиппокампе. На седьмые сутки фиб ронектин реактивный матрикс и макрофаги формирова ли вокруг ММСК барьер. Сходным образом отторгались и трансплантированные в мозг эндотелиальные клетки. В то же время фетальные нейральные трансплантаты вызывали иммунный ответ, опосредованный в основном Т клетками, и отторгались в течение 3 недель. Это указывает на то, что характер иммунной реакции контролируется характеристи ками донорских клеток.

ММСК и эндотелиальные клетки продуцируют грануло цитарно макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ КСФ) и другие цитокины, усиливающие пролиферацию и созревание гранулоцитов и макрофагов и, соответственно,

Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 1У< 4 (6), 2006