Энхондралыный остеогенез как этап образования ниш гемопоэтических стволовых клеток Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

■■■ I I I I I I

■ I I I

Новости клеточных технологий

НОВОСТИ КЛЕТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИИ

КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ

Энхондралычый остеогенез как этап образования ниш гемопоэтических стволовых клеток

Одним из важнейших вопросов, неразрывно связанных с изучением гемопоэтических стволовых клеток (ГСК), является установление морфофункциональной организации их костномозговых ниш — сложного комплекса взаимосвязанных клеточных и неклеточных элементов, регулирующих процессы пролиферации, диф-ференцировки и миграции ГСК [1, 2]. Необходимость решения этой теоретической проблемы продиктована,

в первую очередь, запросами практической медицины, касающимися, например, разработки и оптимизации безопасных предтрансплантационных мероприятий при пересадке костного мозга.

В опытах in vivo было показано, что внескелетное формирование кроветворного органа после трансплантации фрагментов костного мозга обеспечивается стволовыми стромальными клетками, по современной номенклатуре

Схема формирование ниш ГСК при трансплантации фрагментов костей или клеток зачатков костей мышиных плодов под капсулу почки

Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том IV, № 2, 2009

■ И I II II

■тп

Новости клеточных технологий

называющимися мезенхимальными мультипотентными стромальными клетками (ММСК) [3, 4]. Эти фундаментальные работы привлекли внимание мирового научного сообщества, послужив, в целом, основой для развития современных клеточных технологий. После А.Я. Фриден-штейна изучение компонентов микроокружения ГСК, их взаимодействия и механизмов регуляции развивалось быстрыми темпами, однако до настоящего времени накопленные за несколько десятков лет данные «пролили свет» лишь на некоторые стороны проблемы.

Своего рода продолжением работы А.Я. Фриденштей-на и его коллег, уточняющим состав клеточной популяции, необходимой для формирования костномозговых ниш ГСК, а также раскрывающим ряд важнейших механизмов этого процесса является исследование С. К. Chan с соавт. (группа Ирвинга Вейссмана), результаты которого были опубликованы в журнале Nature в 2009 г.

На первом этапе эксперимента исследователи трансплантировали фрагменты костей, полученных от плодов «зелёных» мышей (меченных GFP), под капсулу почек мышам аналогичного возраста. В результате, наблюдалось образование кроветворного органа, состоящего из костной ткани донора и кроветворной ткани реципиента, что позволило авторам сделать вывод о наличии в фетальных костях на сроке 14,5 сут. внутриутробного развития морфофункциональных элементов, формирующих ниши ГСК, в то время как сами ГСК обнаруживаются в костной ткани эмбрионов лишь с возраста в 17,5 сут. [4].

На втором этапе из такого же донорского костного материала получали суспензию клеток, которую трансплантировали в матригеле (Matrigel) под капсулу почек. При этом исследователи через каждые 8 сут. на протяжении 32 сут. оценивали динамику формирования костномозговых ниш при эктопическом остеогенезе и их колонизацию ГСК. Было показано, что образовавшаяся костная ткань с хрящевыми компонентами к 16 сут. эксперимента образует строму, в составе которой определяются эритроциты. Материал пронизан сосудами, сформированными из клеток реципиента. На 24-е сут. были обнаружены c-kit+ клетки-предшественницы, однако ГСК реципиента появились лишь к последней временной отметке. При этом к 32 сут. трансплантированный материал по своей структуре соответствовал строению нормальной кости. При этом в качестве контроля авторы не вводили матригель без клеток, что, возможно, было бы целесообразно.

Дальнейший шаг исследователей был нацелен на выявление субпопуляции стромальных клеток, непосредственно ответственных за формирование ниш ГСК. С этой целью авторы фракционировали популяцию стромальных клеток с помощью проточной цитометрии с использованием антител против CD105, CD90 (Thy1), CD45, CD202b (Tie2) и отдельно трансплантировали различающиеся по иммунофенотипу группы клеток.

Оказалось, что при трансплантации CD105~/CD90~ клеток гетеротопический остеогенез не наблюдается. При введении CD105+/CD90+ клеточной субпопуляции под капсулу почки формируется костная ткань, но без очагов кроветворения, и лишь CD105+/CD90~ клетки являются необходимым элементом, обеспечивающим процесс образования костномозговых ниш ГСК. Для установления функциональных различий между субпопуляциями CD105+/CD90+ и CD105 +/CD9Ch клеток, определяющих роль последних в формировании костного мозга, исследователи сконцентрировали внимание на динамике гистогенеза трансплантированного материала. Было выявлено, что развитие костной ткани при введении CD105+/CD9Ch популяции происходит через стадию хрящевой ткани (энхондральная оссификация), в то время как костная ткань при трансплантации CD105+/CD90+ клеток формируется первично, минуя стадию хряща. При этом экспрессия остеокальцина — маркера остеобластов — была в пять раз выше в популяции CD105+/CD90+ клеток, что в определенной степени объясняет особенности гистогенеза трансплантированного материала. Так, CD105+/CD90~ клетки, сохранившие хондрогенные потенции, формируют сначала хрящевую ткань, замещающуюся впоследствии костной. Лишь в этом случае образуются костномозговые ниши ГСК. Напротив, CD105+/ CD90+ клетки коммитированны в остеогенном направлении — формируют только костную ткань, но без костного мозга. В этой связи вполне логичным является предположение исследователей о том, что образование кроветворного органа происходит лишь при эндо-хондральной оссификации. Для подтверждения своей гипотезы авторы выполнили аналогичные трансплантационные мероприятия, однако в качестве исходной клеточной популяции использовали CD105+/CD90~ клетки, выделенные из костей, развивающихся путем интрамембранозного остеогенеза (нижняя челюсть, крыша черепа). Оказалось, что исследуемая популяция формировала костную ткань без кроветворного компонента, аналогично CD105+/CD90+ клеткам.

Подтверждая значимость энхондральной оссификации для образования костномозговых ниш ГСК, исследователи ингибировали экспрессию хондроцитами, дифференцировавшимися из CD105+/CD90~ клеток, фактора роста эндотелия сосудов (VEGF). Этот фактор необходим для врастания сосудов в хрящевую ткань с последующим замещением её костной [5]. При этом, образование очагов кроветворения не наблюдалось.

Таким образом, авторы уточнили состав субпопуляции стромальных клеток, которые, как было установлено А.Я. Фриденштейном и сотрудниками его лаборатории, определяют развитие кроветворного органа. При этом С.К. Chan с соавт. выявили основной механизм, необходимый для формирования ниш ГСК — энхондральную оссификацию, без которой костный мозг в костях не развивается.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Wilson A., Trumpp A. Bone-marrow haematopoietic-stem-cell niches. Nature Rev. Immunol. 2006; 6: 93-106.

2. Can A. Haematopoietic stem cells niches: interrelations between structure and function. Transfus. Apher. Sci. 2008; 38C3): 261-8.

3. Фриденштейн А.Я. Экспериментальное внескелетное костеобразование. М.: Медицинская литература 1963.

4. Christensen J.L., Wright D.E., Wagers A.J. et al. Circulation and chemotaxis of fetal hematopoietic stem cells. PLoS Biol. 2004; 2[3): E75.

5. Zelzer E. Ferrara N.. Johnson R. et al. VEGFA is necessary for chondrocyte survival during bone development. Development 2004; 131: 2161-71.

6. Chan C.K., Chen C.C., Luppen C.A. et al. Endochondral ossification is required for haematopoietic stem-cell niche formation. Nature 2009; 457(72281: 490-4.

Порготовип ИЯ. База

По материалам: Chan С.К., Chen С.С., Luppen С A. et al. Endochondral ossification is required for haematopoietic stem-cell niche formation. Nature 2009; 457(7228): 490-4

Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том IV, hl< 2, 2009