CC BY
56
■ И I II II
■тп
Новости клеточных технологий
6. Wang A.Y., Peng P.D., Ehrhardt A. et al. Comparison of adenoviral and adeno-associated viral vectors for pancreatic gene delivery in vivo. Hum Gene Ther. 2004; 15(4): 405-13.
7. Zhou Q, Law AC, Rajagopal J et al. A multipotent progenitor domain guides pancreatic organogenesis. Dev. Cell. 2007; 13(11:103-14.
8. Murtaugh L.C., Melton D.A. Genes, signals, and lineages in pancreas development. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2003; 19: 71-89
9. Jensen J. Gene regulatory factors in pancreatic development. Dev Dyn. 2004; 229(1): 176-200.
10. Wang A. Y., Ehrhardt A., Xu H. et al. Adenovirus transduction is required for the correction of diabetes using Pdx-1 or Neurogenin-3 in the liver. Mol. Ther. 2007; 15(21: 255-63.
n.Ferber S., Halkin A., Cohen H. et al. Pancreatic and duodenal homeobox gene 1 induces expression of insulin genes in liver and ameliorates streptozotocin-induced hyperglycemia. Nature Med. 2000; 6(5): 568-72.
12. Kaneto H., Nakatani Y., Miyatsuka T. et al. PDX-1/VP16 fusion protein, together with NeuroD or Ngn3, markedly induces insulin gene transcription and ameliorates glucose tolerance. Diabetes 2005; 54(41: 1009-22.
13. MiyatsukaT., Kaneto H., Kajimoto Y. et al. Ectopically expressed PDX-1 in liver initiates endocrine and exocrine pancreas differentiation but
causes dysmorphogenesis. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003; 310(3): 1017-25.
14. Baeyens L., De Breuck S., Lardon J. et al. In vitro generation of insulin-producing beta cells from adult exocrine pancreatic cells. Diabetologia 2005; 48(11: 49-57.
15. Minami K., Okuno M., Miyawaki K. et al. Lineage tracing and characterization of insulin-secreting cells generated from adult pancreatic acinar cells. PNAS 2005; 102(42): 15116-21.
16. Minami K., Seino S. Pancreatic acinar-to-beta cell transdifferentiation in vitro. Front. Biosci. 2008; 13: 5824—37.
17. Okuno M., Minami K., Okumachi A. et al. Generation of insulin-secreting cells from pancreatic acinar cells of animal models of type 1 diabetes. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2007; 292(1): E158—E165.
18. SapirT., Shternhall K., Meivar-Levy I. etal. Cell-replacementtherapy for diabetes: generating functional insulin-producing tissue from adult human liver cells. PNAS 2005; 102: 7964-9.
19. Heremans Y., Van De Casteele M., in’t Veld P. et al. Recapitulation of embryonic neuroendocrine differentiation in adult human pancreatic duct cells expressing neurogenin 3. J. Cell Biol. 2002; 159(2): 303—12.
20. Gasa R., Mrejen C., Leachman N. et al. Proendocrine genes coordinate the pancreatic islet differentiation program in vitro. PNAS 2004; 101(36): 13245-50.
Подготовил П.В. Белоусов По материалам: Zhou Q„ Brown J„ Kanarek A„ Rajagopal J„ Melton D. In vivo reprogramming of adult pancreatic exocrine cells to fl-cells, Nature 2008; 455: 627-32
«Мезенхимальный резерв» - новые данные или «хорошо забытое старое»?
С развитием клеточных технологий все большее число исследователей занимается вопросами биологии, культивирования, экспериментального и клинического применения постнатальных стволовых клеток. Об этой тенденции свидетельствует интенсивный рост количества публикаций, связанных с биотехнологическим направлением. При этом ключевую позицию занимают исследования мезенхимальных мультипотентных стро-мальных клеток (ММСК), что обусловлено доступностью методик их получения, экспансии in vitro и наличием ряда специфических полезных свойств [1]. Помимо способности к дифференцировке в нескольких ортодоксальных направлениях, ММСК принимают участие в регуляции иммунного ответа [2].
Несмотря на наличие отработанных методик культивирования и анализа ММСК in vitro, остается актуальным вопрос о естественной локализации этих клеток в организме. Как метко отмечают Е.Б. Владимирская с соавт., «биология мезенхимальных стволовых клеток в настоящее время остается биологией вне окружения» [3]. Иными словами, до настоящего времени в должной степени не охарактеризована специфическая тканевая ниша ММСК, однако клетки, со свойствами ММСК получены из многих тканей и органов. Основными источниками ММСК являются красный костный мозг [4] и жировая ткань [5], хотя эти клетки выделены также из печени, селезенки, почек, поджелудочной железы [6], синовиальных оболочек [7], легких [8], кожи [9]. Это отличает их, например, от гемопоэтических стволовых клеток, локализующихся в специфических костномозговых нишах. Можно ли утверждать, что ММСК рассредоточены («рассредоточенный камбий») по разным тканям, где ассоциированы с индивидуальным микро-
окружением, или же это клетки, эмигрирующие из единого места своей локализации, например из костного мозга? Ясно одно — обнаружение специфических тканевых ниш ММСК in vivo открыло бы путь для более детального изучения свойств этих клеток в своей естественной, физиологической среде, уточнило их функции и дальнейшее практическое применение.
В этой связи, М. Crisan с соавт. в журнале Cell Stem Cell опубликовали результаты исследования, в котором постулировали расположение ММСК в специфических «периваскулярных» нишах. Для доказательства этого положения авторы показали, что перициты (также некорректно называемые ими периваскулярными клетками), полученные из стенок сосудов различных органов и тканей, по ряду основных параметров соответствовали ММСК. В частности, были показаны способность перицитов к лейомиогенезу, остеобластический, хонд-робластический и адипоцитарный дифференцировочный потенциал. Кроме того, исследователи установили соответствия на уровне иммунофенотипа и особенностей хемотаксиса.
Аналогичная гипотеза была выдвинута в работе Meirelles L. da Silva с соавт., фактически одновременно опубликованной в журнале Stem Cells, центральным постулатом которой являлось положение, в соответствии с которым ММСК во всем организме имеют периваску-лярную локализацию, являясь, по меньшей мере, одной из субпопуляций перицитов. Основные усилия для доказательства своей гипотезы авторы направили на определение иммунофенотипических и морфофункциональных соответствий между перицитами и ММСК с привлечением материалов других исследовательских лабораторий.
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том III, ІУ» 4, 2008
I I I I I I
■ I I I
Новости клеточных технологий
Перициты (клетки Руже), составляющие особую линию дивергентного развития периваскулярных клеток
[10], представляют собой соединительнотканные отроет-чатые клетки, расположенные в расщеплениях базальной мембраны эндотелия сосудов микроциркуляторного русла [11-14]. Основными характеристиками перицитов являются: наличие щелевых или плотных контактов с эндотелиоцитами, продукция хотя бы одного из специфических маркеров (ганглиозиды, определяющиеся 305-антителами; нестин в сочетании с —-БМА, нейро-глиальный антиген 2) и отсутствие экспрессии панэндотелиальных клеточных маркеров [15]. По мнению большинства авторов, перициты — высокоспециализированные клетки, выполняющие ряд значимых функций: регуляция тонуса сосудов за счет наличия актин-мио-зиновых микрофиламентов и нейроперицитарных синапсов; опорная функция; синтез основных компонентов базальной мембраны; контроль пролиферативной активности эндотелиоцитов, митотическое деление которых прекращается при формировании контактов с перицитами [12, 16]. Ряд авторов определяет перициты как малодифференцированные клетки, однако в большинстве случаев — из-за отождествления их с периваскуло-цитами [17, 18].
В то же время, показана роль перицитов в качестве предшественников фибробластов и гладкомышечных клеток [13, 19], что вызывает дополнительные споры относительно их положения в системе дифферонной организации. Более того, в своей работе Ме^еНеэ I-. с)а ЭНуа с соавт. приводят данные относительно способности перицитов к дифференцировке в остеобластичес-ком, хондробластическом [20] и адипоцитарном [21] направлениях, адгезии к поверхности культурального пластика, что в сумме с экспрессией С0105 и С090 [22] соответствует специфическим характеристикам ММСК.
Исследователи отмечают не только морфологические, но и функциональные сходства перицитов и ММСК. В частности, перициты также способны поддерживать ге-мопоэз, так как первые очаги кроветворения в длинных трубчатых костях выявляются после появления перицитов в стенке капилляров, врастающих в замещающийся костной тканью хрящ [23].
В контексте экспериментальных данных, указывающих на соответствие перицитов и ММСК, было предложено обозначать место локализации последних как «пе-риваскулярная ниша», хотя в данном случае более корректным было бы употребление определения — «пе-риэндотелиальные» или «субэндотелиальные». При этом исследователи отмечают, что перициты с полной уверенностью могут считаться ММСК только после высвобождения их из сосудистой стенки, то есть после потери межклеточных контактов с эндотелиоцитами, являющихся специфическим критерием перицитов. В соответствии с этой моделью, первичным индуктором пролиферации и дифференцировки ММСК является именно утрата контакта с эндотелием и базальной мембраной, что наблюдается при повреждении ткани. При этом наряду с восполнением клеточного состава, непосредственно в зоне дефекта высвободившиеся клетки продуцируют цитокины, реализующие иммуносупрессивный эффект.
Важно отметить, что вопрос о близкой морфофункциональной связи ММСК и сосудов микроциркуляторного русла уже давно обсуждается в научном мире.
В частности, еще в 1926 г. выдающийся отечественный гистолог А.А. Максимов отмечал, что в соединительной ткани взрослого организма на протяжении всей жизни сохраняются малодифференцированные клетки, локализующиеся вокруг мелких сосудов и приближающиеся по своей плюрипотентности к клеткам эмбриональной мезенхимы [24]. К «мезенхиме взрослого» А.А. Максимов относил также и перициты. Его исследования послужили основой для формирования теории «мезенхимального резерва», поддержанной и дополненной впоследствии многими исследователями [11, 12, 25, 26]. В дальнейшем было установлено, что периваску-лярные клетки способны к дифференцировке в остео- и хондробластическом направлениях [11, 12].
Зачастую, в литературных источниках прослеживается некоторая путаница в определении и употреблении понятий, обозначающих соединительнотканные клеточные элементы, сопровождающие сосуды. Так, «перивас-кулоциты» приравнивают к адвентициальным клеткам
[11], а также путают с перицитами [17, 18]. При этом допустимо отождествление адвентициальных и периваскулярных клеток при их локализации в адвентициальной оболочке, характерной для сосудов крупного калибра [19]. Перициты же вообще отдельный вид клеток. Большинством авторов они рассматриваются как высоко дифференцированные клетки, но исследования последних лет [15, 20, 21] ставят это представление под сомнение.
Таким образом, теория «мезенхимального резерва» получила рациональное обоснование в работах М. Crisan и Meirelles L. da Silva с соавт. Значимость её роли трудно переоценить, так как она открывает широкие перспективы для дальнейшей детализации биологии стволовых клеток и использовании знаний на практике. Вызывает недоумение, однако, что авторы в своих работах не только ни разу не упомянули о теории «мезенхимального резерва» и её основоположнике, но, более того, посчитали открытие периэндотелиальных ниш ММСК полностью своим приоритетом.
Представляется возможным, что в свете исследований последних пяти лет, состав «мезенхимального резерва» может быть расширен за счет данных, полученных, главным образом, в лаборатории С. Verfaillie. В частности, из костного мозга лабораторных животных и человека были выделены плюрипотентные клетки (0ct4+Rex-1+), названные исследователями прогени-торными мультипотентными клетками взрослых (multipotent adult progenitor cells, МАРС), способные к дифференцировке в мезодермальные, нейроэктодермальные и эндодермальные клеточные типы, не экспрессирующие CD44, CD45, CD117, МСН I и II класса, не теряющие плюрипотентного статуса после 50^70 пассажей в культуре [27]. Клетки, после инъекции в бластоцисту, включались в нормально протекающий процесс эмбриогенеза химер [27]. Учитывая возможность повсеместной периэндотелиальной локализации ММСК и присоединения МАРС к ним при получении ММСК из костного мозга, можно сделать вывод о близкой локализации этих клеточных типов и, возможно, расположении МАРС также в стенке сосудов микроциркуляторного русла. В любом случае, с открытием МАРС название теории, предложенной А.А. Максимовым, представляется не таким уж и некорректным в методологическом и фактическом отношении, вопреки распространенному мнению, приведенному в БМЗ [29].
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том III, N» 4, 2008
■ И I II II
■тп
Новости клеточных технологий
ЛИТЕРАТУРА:
1. Horwitz Е.М., Le Blanc К., Dominici М. et al. Clarification of the nomenclature for MSC: The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy 2005; 7151: 393—5.
2. Krampera М., Pasini A., Pizzolo G. et al. Regenerative and immunomodulatory potential of mesenchymal stem cells. Curr. Opin. Pharmacol. 2DD6; 6t4): 435—41.
3. Владимирская Е.Б., Майорова O.A., Румянцев C.A., Румянцев А.Г. Биологические основы и перспективы терапии стволовыми клетками. М.: ИД Медпрактика-М. 2DD5. С. 75
4. Friedenstein A.J., Ivanov-Smolenski А.А., Chajlakjan R.K. et al. Origin of bone marrow stromal mechanocytes in radiohimeras and heterotopic transplantats. Exp. Hematol. 1978; 6: 440—4.
5. Zuk P.A., Zhu М., Mizuno H. et al. Multilineage cells from human adipose tissue: Implications for cell-based therapies. Tissue Eng. 2001; 7: 211-28.
6. da Silva M.L., Chagastelles P.C., Nardi N.B. Mesenchymal stem cells reside in virtually all post-natal organs and tissues. J. Cell Sci. 2006; 119: 2204-13.
7. De Bari C., Dell’Accio F., Tylzanowski P. et al. Multipotent mesenchymal stem cells from adult human synovial membrane. Arthritis Rheum. 2001; 44: 1928-42.
8. Sabatini F, Petecchia L, Tavian M et al. Human bronchial fibroblasts exhibit a mesenchymal stem cell phenotype and multilineage differentiating potentialities. Lab Invest. 2005; 85: 962—71.
9. Toma J.G., Akhavan М., Fernandes K.J. et al. Isolation of multipotent adult stem cells from the dermis of mammalian skin. Nat. Cell Biol. 2001; 3: 778-84.
10. Родионова H.B. Функциональная морфология клеток в остеогенезе. Киев: FlayK. Думка. 1989; 192 с.
11. Гололобов В.Г. Регенерация костной ткани при заживлении огнестрельных переломов. СПб.: «Петербург-XXI век» 1997; 160 с.
12. Данилов Р.К. Руководство по гистологии. В 2T. Т.Н. СПб.: СпецЛит, 2001; 733 с.
13. Hirschi К.К., D’Amore Р.А. Pericytes in the microvasculature. Cardiovasc. Res. 1996; 32: 687—98.
14. Andreeva E.R., Pugach I.М., Gordon D. et al. Continuous subendothelial network formed by pericyte-like cells in human vascular bed. Tissue Cell 1998; 30: 127-35.
15. da Silva L.M., Caplan A.I., Nardi N.B. In Search of the In Vivo Identity of Mesenchymal Stem Cells. Stem Cells 2008; 26(91: 2287-99. [Full Text]
16. Шахламов B.A. Капилляры. М.: Медицина 1971. — 198 с.
17. Михайлов Л.FI., ПальцинА.А. К вопросу об остеогенных клетках-предшественниках при репаративном остеогенезе. Бюл. эксперим. биологии и медицины 1986; 101 [61: 755—7.
18. Хэм А., Кормак Д. Гистология. М.: Мир 1983; 4: 60—1.
19. Ross R., Everett N.B., Tyler R. Wound healing and collagen formation. VI. The origin of the wound fibroblast studied in parabiosis. J. Cell Biol. 1970; 44(31: 645-54.
20. Brighton C.T., Hunt R.M. Early histologic and ultrastructural changes in microvessels of periosteal callus. J. Orthop. Trauma 1997; 11: 244-53.
21. Richardson R.L., Hausman G.J., Campion D.R. Response of pericytes to thermal lesion in the inguinal fat pad of 10-day-old rats. Acta Anat. [Basel] 1982; 114: 41—57.
22. Oishi K., Kamiyashiki T., Ito Y. Isometric contraction of microvascular pericytes from mouse brain parenchyma. Microvasc Res. 2007; 73: 20-28.
23. Charbord P., Tavian М., Humeau L. et al. Early ontogeny of the human marrow from long bones: An immunohistochemical study of hematopoiesis and its microenvironment. Blood 1996; 87: 4109—19.
24. Maximow A.A. Liber undifferenziet Blutzellen und mesenchymalen keimlager im erwchsenen organismus. Klin. Wochenschr. 1926; 5(43): 2193-9.
25. Ясвоин Г.В. К сравнительной гистологии крови и соединительной ткани. О возникновении основного вещества кости у млекопитающих. Арх. Биол. Наук 1935; 35[33: 553—76.
26. Заварзин А.А. Очерки эволюционной гистологии крови и соединительной ткани. М.; Л.; Медицина 1947; 2: 273 с.
27. Jiang Y., Vaessen В., Lenvik T. et al. Multipotent progenitor cells can be isolated from postnatal murine bone marrow, muscle, and brain. Exp. Hematol. 2002; 30(81: 896-904.
28. Crisan М., Yap S., Casteilla L. et al. A perivascular origin for mesenchymal stem cells in multiple human organs. Cell Stem Cell 2008; 3C3]: 301-13.
29. Михаилов. Мезенхима. Большая медицинская энциклопедия. Изд. 3-е. М.: Советская Энциклопедия. Т. 14, 1980: 496.
Подготовил И.Я. Бозо
По материалам: da Silva L.M., Caplan A.I., Nardi NB, In Search of the In Vivo Identity of Mesenchymal Stem Cells. Stem Cells 9008:96(9): 2287-99. Crisan M„ Yap S., Casteilla L. et al. A perivascular origin for mesenchymal stem cells in multiple human organs. Cell Stem Cell 2008; 3(3): 301-13
Паравулычарные ткани - новый источник ММСК?
Применение достижений клеточных технологий в клинической практике возможно лишь при удовлетворении ряда требований, касающихся получения клеточного материала, безопасности и воспроизводимости результатов в клинической практике. В этой связи, активно исследуются методы и источники получения исходных клеточных популяций, их спецификации, особенности и свойства в экспериментах in vitro и in vivo.
Несмотря на идентификацию сходных с ММСК клеток в различных тканях и органах [1], их выделение осуществляется главным образом из красного костного мозга и жировой ткани, где их количество наибольшее, а процедура получения достаточно безопасна. Однако возможность осуществления инвазивных манипуляций для выделения ММСК ограничена тяжестью состояния пациента, которому в дальнейшем будет необходима клеточная терапия. В частности, в случае тяжелых повреждений опорно-двигательного аппарата дополнительные травмирующие мероприятия, связанные с получением костного мозга или жировой ткани, становятся
неприемлемыми, выделение клеточного материала откладывается. Более того, экспериментально доказано, что костный мозг животных, перенесших политравму, содержит меньшее количество гемопоэтических стволовых клеток [2] чем в состоянии физиологической нормы; подобное обстоятельство связано с их мобилизацией из костного мозга при травме на периферию. С определённой уверенностью можно экстраполировать это и на численность ММСК. В этой связи, в сочетании с идентификацией и изучением источников ММСК продолжается разработка и совершенствование протоколов их получения.
В рамках этого направления особый интерес представляют недавно опубликованные в журнале Bone and Joint Surgery результаты исследования L.J. Nesti с соавт., нацеленные на использование в качестве источника ММСК тканей, удаляемых в процессе хирургической обработки ран.
В клиническом исследовании приняли участие 10 солдат армии США с ранами конечностей, в том числе и
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том III, ІУ» 4, 2008
