CC BY
116
УДК 612.841.1: 616.001.1: 615.36
МУЛЬТИПОТЕНТНЫЕ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЕ СТРОМАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ ДЛЯ ТЕРАПИИ ДИСФУНКЦИИ ЛИМБАЛЬНОГО ЭПИТЕЛИЯ
Ольга Владимировна ПОВЕЩЕНКО1, Александр Федорович ПОВЕЩЕНКО1, Александр Петрович ЛЫКОВ1, Наталья Анатольевна БОНДАРЕНКО1, Юлия Владимировна НИКОНОРОВА1, Игорь Борисович ДРУЖИНИН2, Владимир Иосифович КОНЕНКОВ1
1 ФГБУ НИИ клинической и экспериментальной лимфологии СО РАМН 630117, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 2
2 Новосибирский филиал ФГБУМНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова Минздрава России
630096, г. Новосибирск, ул. Колхидская, 10
Одним из способов терапии дисфункции лимбального эпителия является терапия стволовыми клетками. Муль-типотентные мезенхимальные стромальные клетки представляют собой класс стволовых клеток, которые распределены в различных тканях и органах, они имеют потенциал к самоподдержанию, способны дифференцироваться при определенных условиях в другие типы клеток, помимо репаративного потенциала, оказывают иммуномодулирующее, противовоспалительное и модулирующее ангиогенез действие. Эти потенциальные свойства мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток являются ценными для реконструкции роговицы. В настоящем обзоре обобщена информация о применении мультипотентных мезенхимальных стромаль-ных клеток для терапии заболеваний роговицы.
Ключевые слова: мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, роговица, клеточная терапия, регенерация, цитодифференцировка, лимбальные стромальные клетки.
Развитие нового научного направления - регенеративной медицины - напрямую связано с широким внедрением в клиническую практику методов клеточной терапии для лечения ряда воспалительно-дегенеративных заболеваний, в том числе и патологии глаза. Достижения в области регенеративной медицины и клеточной терапии основываются на уникальных свойствах стволовых клеток, включая способность к самообновлению и возможность дифференцировки в тканеспецифические виды клеток, что служит основанием их применения для регенерации поврежденных тканей и органов [3, 4, 10, 20-23, 37]. Во взрослом организме внешний эпителий роговицы наиболее подвержен внешним влияни-
ям, а заболевания роговицы вследствие воспаления, травмы, системных заболеваний в конечном счете могут привести к ослаблению зрения и слепоте [23, 26, 48-50, 54-55]. Кератопластика является одним из наиболее эффективных методов лечения повреждений роговицы вследствие различных врожденных и приобретенных дефектов и деформаций, после травм и направлена на восстановление или улучшение прозрачности роговицы и повышение остроты зрения. Однако получение качественного донорского материала было и остается одной из кардинальных проблем в пересадке роговицы [23, 47, 48, 49]. В последние годы интенсивные исследования сосредоточены на изучении лимбальных стволовых клеток [15-
Повещенко О.В. - к.м.н., зав. лабораторией клеточных технологий, e-mail: [email protected] Повещенко А.Ф. - д.м.н., зав. лабораторией физиологии протективной системы, e-mail: [email protected]
Лыков А.П. - к.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории клеточных технологий, e-mail: [email protected]
Бондаренко Н.А. - к.б.н., младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий, e-mail: [email protected]
Никонорова Ю.В. - младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий, e-mail: [email protected] Дружинин И.Б. - к.м.н., врач-офтальмолог
Коненков В.И. - д.м.н., академик РАН, директор института, e-mail: [email protected]
19, 24-26, 36, 39, 54, 53]. В качестве клеток-кандидатов для клеточной терапии рассматриваются и изучаются мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК) в связи с их способностью к цитодифференцировке в различные тканеспецифические типы клеток, продукции цитокинов и факторов роста, наличием иммуно-супрессивных свойств [1, 13, 18, 20, 21, 24, 28, 29-31, 33, 38, 41, 44-46]. Экспериментальные и пилотные клинические исследования применения ММСК для терапии повреждений роговицы выявили их эффективность в реконструкции повреждений роговицы, однако механизмы, лежащие в основе такого действия, изучены недостаточно. Данный обзор посвящен выяснению биологических особенностей, свойств и возможных механизмов действия ММСК при повреждении роговицы глаза.
ММСК изначально идентифицированы в костном мозге, а впоследствии обнаружены во многих органах и тканях, таких как жировая ткань, сердце, пульпа зуба, периферическая кровь, пуповинная кровь, лимб глаза [2, 4-14, 16, 17, 20-22, 25, 28, 30-33, 37, 38, 45]. Основными источниками получения ММСК являются костный мозг и жировая ткань, но интенсивно исследуются и альтернативные источники ММСК, в частности фетальные и неонатальные ткани, включая плаценту, пуповинную кровь.
Морфологически ММСК напоминают фибро-бласты, а при стимуляции химическими агентами или же при изменении физиологических условий (гипоксия, изменение рН среды) способны дифференцироваться в различные типы тканей, в том числе в костную, хрящевую и жировую ткань [4, 20-22, 30, 33, 44, 45]. При определенных условиях эти клетки могут дифференцироваться в нейроны, миобласты, кардиомиоциты, гепатоциты, а также в эпителиальные клетки через мезенхи-мально-эпителиальный переход [4, 20-22, 28, 33, 44, 45].
ММСК обладают противовоспалительным и нейротрофическим действием, способны инициировать васкуляризацию поврежденных тканей, активировать резидентные стволовые клетки к пролиферации и миграции в зону повреждения, что делает их применение при клеточной терапии дегенеративных процессов в организме человека перспективным [2, 4-6, 10, 28, 33]. Низкая экспрессия молекул гистосовместимости класса II и отсутствие костимуляторных молекул, таких как CD40, CD40L, В71, В72, на клеточной поверхности ММСК позволяет им преодолевать иммунный надзор и не отторгаться при аллогенном применении [2, 4-6, 10, 28, 33]. С другой стороны, появляются сообщения о наличии у ММСК
в редких случаях антигенов гистосовместимости, что приводит к развитию на них иммунного ответа - появлению аутоантител [12].
Высокая пролиферативная активность ММСК позволяет in vitro нарастить их в достаточном количестве для клинического использования [7]. Общепринятым способом введения ММСК в организм является внутривенное и/или местное введение. Последнее чаще всего используется для заболеваний роговицы. ММСК можно вводить в роговицу непосредственно [39, 50, 51] или на носителях, таких как амниотическая мембрана или гель из фибрина [39].
ММСК широко используются в регенеративной медицине, в том числе для остеогенеза, при печеночной недостаточности, трофических язвах, при хронической сердечной недостаточности [20, 28, 30, 32]. Кроме этого ММСК используют для предотвращения или же терапии реакции «трансплантат против хозяина», в частности при аллогенной пересадке костного мозга [2, 9, 12, 30]. Эффект совместной трансплантации ММСК с гемопоэтическими стволовыми/прогениторны-ми клетками или трансплантируемыми органами связан со способностью ММСК продуцировать широкий спектр биологически активных веществ с иммуносупрессорной активностью [2, 9]. Также отмечено, что трансплантация ММСК регулирует процесс неоангиогенеза и активирует резидентные стволовые клетки [8].
Наличие у ММСК противовоспалительной, иммуномодулирующей активности, вовлеченность их в процесс ангиогенеза делает данные клетки привлекательными в плане клеточной терапии заболеваний глаза, в том числе и патологии роговицы.
Базисом для проведения клеточной терапии является факт способности ММСК к цитодиффе-ренцировке в различные типы тканей [1, 13, 18, 20, 21, 24, 27, 29-31, 33, 38, 41, 44-46]. Полагают, что введенные в область роговицы ММСК способны к дифференцировке в эпителиальные ткани роговицы [44, 50-51]. Так, в экспериментальной модели у кроликов ожога роговицы щелочью введение ММСК способствует регенерации участков ее повреждения, а сами ММСК экспрес-сируют молекулу цитокератина-3 (CK3), специфического маркера клеток эпителия роговицы. Более того, in vitro ММСК дифференцировались в клетки, которые морфологически и фенотипи-чески напоминали эпителиоподобные клетки роговицы и были СК3-позитивны [50].
Известно, что лимбальная зона глаза является хранилищем стволовых/прогениторных клеток, локализующихся в базальном слое лимбального эпителия и обеспечивающих регенерацию и са-
мообновление роговицы [16-19, 25, 26, 36, 39, 54]. Однако при некоторых патологиях или травмах развивается лимбальная клеточная недостаточность, приводящая к нарушению процесса регенерации роговицы [39, 50, 51]. Дисфункция лимбального эпителия проявляется аномалией конъюнктивально-корнеальной регенерации с периферической неоваскуляризацией, наличием хронического дефекта эпителия, выраженного стромального воспаления и конъюнктивизации роговицы, когда прилежащий конъюнктивальный эпителий начинает проникать в строму роговицы. Клеточная терапия в таком случае основывается на проведении трансплантации лимба и лимбаль-ных стволовых клеток.
В экспериментальных моделях дисфункции лимбального эпителия на кроликах в ходе терапии ММСК также была показана их дифференцировка в клетки эпителия роговицы [25, 51]. Экспрессия некоторых маркеров стволовой принадлежности, таких как аденозин-5-трифосфат-связывающий комплекс 2 (ABCG2), р1-интегрин, коннексин 43 на клетках эпителия роговицы после трансплантации ММСК указывает, что они достигли характеристик стволовой принадлежности, некоторые ММСК трансдифференцировались в прогенитор-ные клетки эпителия. Субконъюнктивальное введение ММСК при экспериментальном химическом ожоге роговицы у крыс приводит к быстрой эпителизации ожоговой раны, а механизмом их действия является подавление миграции макрофагов CD68+ в зону воспалительно-дегенеративного процесса и снижение экспрессии мРНК ма-крофагального воспалительного белка (MIP-1a), фактора некроза опухоли-a (TNF-a) и фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) [40].
При трансплантации ММСК человека в область повреждения роговицы у кроликов было показано, что ММСК выживают в месте введения, а также мигрируют в строму роговицы и дифференцируются не только в эпителиоциты, но и в другие типы клеток [11, 51]. О способности ММСК приживаться в месте введения свидетельствует работа, в которой интрастромальное введение ММСК дефицитным по экспрессии кератокана мышам приводило к выживанию ММСК в роговице, экспрессии кератокана, что, как полагают авторы, может быть использовано для терапии патологии роговицы, обусловленной дефицитом кератоцитов. Отмечена также выживаемость ММСК пуповин-ной крови в строме роговицы при интрастромаль-ной трансплантации у мышей. Сокультивирова-ние ММСК с клетками стромы роговицы in vitro индуцирует экспрессию CK12 и эффективно при терапии повреждений роговицы у мышей с дефицитом стволовых клеток лимба [27-45].
В то же время некоторые авторы указывают на неспособность ММСК трансдифференциро-ваться в эпителий роговицы in vivo. Сравнивая эффект трансплантации ММСК и стромальных клеток лимба, Yao и соавт. пришли к выводу, что данные типы клеток способствуют реконструкции повреждений роговицы, вызванных ожогом у кроликов. Авторы утверждают, что кератоциты не несут специфических маркеров, а имеют общие маркеры с ММСК. Таким образом, не обнаружено достаточных доказательств дифференцировки ММСК в эпителиальные клетки роговицы [50, 51]. Также при субконъюктивальном введении ММСК не выявлено миграции клеток в область повреждения роговицы и трансдифференциров-ки в эпителий роговицы на экспериментальной модели химического повреждения роговицы у крыс [34]. Приведенные данные свидетельствуют, что гипотеза трансдифференцировки ММСК в реконструкции роговицы требует дальнейшего изучения.
Одним из возможных механизмов клинической эффективности терапии с помощью ММСК различных дегенеративно-воспалительных процессов может быть наличие у них противовоспалительного действия. Экспериментальные исследования также подтвердили факт наличия противовоспалительного действия у ММСК при повреждениях роговицы у лабораторных животных.
Показано, что культивированные на амниоти-ческой оболочке ММСК, трансплантированные в мембрану вокруг роговицы после химического ожога роговицы у крыс, способствуют снижению экспрессии CD45, матриксной металлопро-теиназы-2 (MMP-2), IL-2 и IFN-y, являющихся провоспалительными факторами. При субконъ-юнктивальной инъекции в острой фазе химического ожога роговицы у крыс ММСК подавляют инфильтрацию области поражения макрофагами CD68+, что сопровождается снижением экспрессии провоспалительных цитокинов MIP-1a и TNF-a. А внутрибрюшинное и внутривенное введение ММСК человека при химическом ожоге роговицы у крыс приводит к снижению воспалительной реакции. Полагают, что поврежденные эпителиальные клетки роговицы стимулируют ММСК к продукции TNF-a стимулированного гена / протеина 6 (TSG-6), белка с широким спектром противовоспалительного действия [51].
Другим механизмом, обеспечивающим эффективность введения ММСК, является воздействие на процессы ангиогенеза. Так, показано, что ММСК продуцируют VEGF и другие про-ангиогенные факторы и цитокины, стимулируют процессы ангиогенеза при моделировании ише-
мии и опухоли у животных [1, 18, 28, 30-32, 35]. В то же время введение ММСК не способствует ангиогенезу в роговице и оказывает противоположное действие [41]. Так, в некоторых исследованиях показано, что ММСК могут эффективно подавлять воспалительно-индуцированный ангиогенез после химического повреждения роговицы [41, 50]. При этом ММСК повышают экспрессию мощного антиангиогенного фактора тромбоспондина-1 (TSP-1) и подавляют экспрессию воспалительного проангиогенного фактора ММР-2. При этом продукция VEGF сопоставима в контрольных и опытных группах [50]. Снижение уровня VEGF отмечено и при субконъюнкти-вальном введении ММСК при химическом ожоге роговицы у крыс. Более того, ММСК конститутивно экспрессируют ММР-2 и TSP-1, а также подавляют секрецию ММР-9 клетками эпителия роговицы [41, 50]. VEGF, MMP-2 и MMP-9 являются проангиогенными факторами в роговице, а TSP-1 способен подавлять VEGF-индуцирован-ный ангиогенез путем активации CD36, выступая в качестве мощного противовеса ряду факторов, стимулирующих ангиогенез [50]. Исследования других авторов показали, что однократное введение ММСК спустя 2 ч после индукции ожогового повреждения роговицы, а также обработка ожоговой раны кондиционной средой, полученной при культивировании ММСК, способствует уменьшению воспаления и неоваскуляризации в роговице. При этом отмечено снижение секреции провоспалительных цитокинов IL-2 и IFN-y, повышение продукции противовоспалительных ци-токинов IL-10 и TGF-P1, увеличение экспрессии TSP-1 и снижение экспрессии MMP-2 [41].
Клиническую эффективность терапии ММСК может обеспечивать их иммуносупрессорная активность. Имеется большое количество исследований, посвященных подавлению реакций «трансплантат против хозяина» и «хозяин против трансплантата», опосредованных введением ММСК, полученных из различных источников [16]. Так, показано, что ММСК продлевают выживаемость трансплантата кожи, улучшают приживаемость сердца при трансплантации [50]. Отмечено, что чем ранее до пересадки органа начата терапия ММСК, тем лучше приживляемость органа.
Иммуносупрессорные свойства ММСК могут быть учтены для предупреждения отторжения при трансплантации аллогенной роговицы. Показано, что при кератопластике роговицы крысам породы Lewis от крыс породы Wistar введение ММСК приводит к увеличению времени приживления и подавлению реакции отторжения, снижению экспрессии CD4, CD8 и CD25 в транс-
плантате [55]. В экспериментальной работе in vitro демонстрируется, что ММСК из лимба трупов человека имеют фенотип мезенхимальной принадлежности и секретируют растворимые факторы, подавляют иммунный ответ, опосредованный TCR-комплексом. Показано, что ММСК конститутивно продуцируют TGFP1, а добавление нейтрализующих антител к TGFpRII восстанавливает пролиферацию Т-клеток. Более того, ММСК обладают рядом других функциональных свойств - способны трансдифференцироваться в нейроны, хондроциты, образовывать первичные сосудистые структуры в матригеле в присутствии VEGF [25].
В работе Jia с соавт. отмечено, что при ал-лотрансплантации роговицы у крыс на фоне терапии ММСК возрастает пролиферативный ответ Т-лимфоцитов на митогены, увеличивается количество регуляторных Т-лимфоцитов CD4+CD25+Foxp3+, что способствует приживлению трансплантата [29]. В следующем исследовании, в котором авторы пересаживали роговицу от мышей C57BL/6 (H-2b) мышам BALB/c (H-2d) с другим гаплотипом, предварительное внутривенное введение животным ММСК человека ослабляло раннее послеоперационное воспаление, уменьшая активацию антигенпрезентирующих клеток в роговице и близлежащих лимфатических узлах. Таким образом, отмечено подавление иммунного ответа, что приводит к удлинению времени приживления органа [40]. В аналогичной работе, выполненной на крысах разных линий, ММСК вводили после оперативного вмешательства, что привело к увеличению приживляемости трансплантата, снижению уровней провоспали-тельных цитокинов и активации регуляторных Т-клеток [50].
Выделенные ММСК из лимбальной ткани глаза человека имели типичный для ММСК фенотип и обладали иммуносупрессорным действием. Однако в ряде исследований показано не полное подавление Т-клеточной пролиферации in vitro и наличие экспрессии молекул главного комплекса гистосовместимости II класса и CD45 на ММСК лимбальной ткани [18].
Различные физические или химические повреждения роговицы приводят к образованию рубца - основному осложнению при заживлении ран. Фибробласты роговицы (активированные стромальные кератоциты), как принято считать, являются основными медиаторами ответа в области повреждения целостности роговицы, что находится под контролем различных цитокинов и ростовых факторов [50]. Показано, что кондиционная среда, полученная при культивировании ММСК, содержащая различные биологически ак-
тивные вещества, может повлиять на репарацию роговицы - например, подавляя активность ее фибробластов in vitro, в том числе и миграцию. Более того, некоторые факторы, секретируемые ММСК, способствуют восстановлению роговицы [49]. Показано, что введенные внутривенно ММСК приживляются в поврежденной роговице и способствуют ее регенерации путем дифферен-цировки, пролиферации и синергизма с гемопо-этическими стволовыми клетками. Микроокружение способствовало дифференцировке ММСК в миофибробласты [52]. При моделировании повреждения роговицы ожогом показано, что введенные внутривенно ММСК проявляют эффект хоуминга в пораженные ткани, выживают там, приводя к регенерации эпителия [34]. При суб-конъюнктивальном введении ММСК оказывают противовоспалительное действие, ускоряя процессы регенерации ожога роговицы [50].
ММСК могут не только служить средством клеточной терапии, но и использоваться как питающий слой клеток для культивирования других типов клеток. Показано, что ММСК человека экс-прессируют фактор роста кератиноцитов (KGF), фактор роста гепатоцитов (HGF), необходимые для пролиферации клеток эпителия роговицы для их последующей трансплантации. Так, введение ММСК жировой ткани в дно раневой язвы пациенту с посттравматическим повреждением роговицы приводит к полному восстановлению целостности последней [43].
Таким образом, ММСК имеют потенциальную терапевтическую ценность в восстановлении роговицы, так как обладают противовоспалительным и модулирующим ангиогенез роговицы действием, способны как подавлять отторжение трансплантата, так и содействовать заживлению ран роговицы. Перед клиническим использованием ММСК должны быть решены вопросы выбора способа и срока их введения, выяснены конкретные механизмы действия, возможности трансдифференцировки в эпителиальные клетки роговицы, для чего необходимы дополнительные экспериментальные исследования in vitro и in vivo.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аветисов С.Э., Суббот А.М., Антохин А.И. и др. Персонализированная клеточная терапия в офтальмологии (II): цитокиновый профиль аутогенного клеточного продукта // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2012. VII. (1). 49-53.
2. Баторов Е.В., Шевела Е.Я., Крючкова И.В. и др. Влияние мезенхимальных стромальных клеток на клинико-лабораторные показатели эффективности трансплантации аутологичных гемопоэти-
ческих стволовых клеток у больных лимфомами // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. 2012. (3/2). 33-37.
3. Беляковский П.В., Лобанок Е.С. Перспективы применения стволовых клеток в офтальмологии // Офтальмология в Беларуси. 2009. (2). 81-91.
4. Кругляков П.В., Соколова И.Б., Зинькова Н.Н. и др. Дифференцировка мезенхимальных стволовых клеток в кардиомиоцитарном направлении in vitro и in vivo // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2006. (4). 194-197.
5. Матюков А.А. Влияние интрамиокардиаль-ной аутотрансплантации клеток костного мозга на перфузию ишемизированного миокарда в эксперименте // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2006. (3). 42-48.
6. Половников Е.В., Ступак В.В., Самохин А.Г. и др. Влияние мезенхимальных стромальных клеток костного мозга и жировой ткани // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. 2012. (3/2). 301-304.
7. Повещенко О.В., Колесников А.П., Ким И.И. и др. Способы выделения и условия культивирования мезенхимальных стромальных клеток жировой ткани человека, полученной из различных источников // Бюл. СО РАМН. 2008. (5). 90-95.
8. Повещенко О.В., Повещенко А.Ф., Коненков В.И. Физиологические и цитологические основы клеточной регуляции ангиогенеза // Успехи физиологических наук. 2012. 43. (3). 48-61.
9. Черных Е.Р., Баторов Е.В., Шевела Е.Я. и др. Влияние мезенхимальных стромальных клеток на раннее восстановление лимфоцитов у больных злокачественными лимфомами с аутологичной трансплантацией гемопоэтических стволовых клеток // Бюл. СО РАМН. 2011. 31. (2). 101-107.
10. Шевела Е.Я., Васильев И.А., Ступак В.В. и др. Мезенхимальные стромальные клетки в коррекции неврологического дефицита и морфологических изменений в модели очаговых повреждений головного мозга, индуцированных нарушением венозного кровотока // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. 2012. (3/2). 332-336.
11. Ahn W., Hong H.S., Zhang M. et al. Induction of mesenchymal to epithelial transition of circulating mesenchymal stem cells by conditioned medium of injured cornea // Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 2013. 10. 86-92.
12. Ahrari I., Purhabibi Z.N., Khosravi M.M. et al. Adipose Tissue Derived Multipotent Mesenchymal Stromal Cells Can Be Isolated Using Serum-free Media // Iran Red. Cres. Med. J. 2013. 15. 324-329.
13. Ankrum J.A., Ong J.F., Karp J.M. Mesenchymal stem cells: immune evasive, not immune privileged // Nat. Biotechnol. 2014. doi: 10.1038/nbt.2816.
14. Bojic S., Volarevic V., Ljujic B., Stojkovic M. Dental stem cells - characteristics and potential // Histol. Histopathol. 2014. http://www.ncbi.nlm.nih. gov/pubmed/24446280.
15. Baker P.S., Brown G.C. Stem-cell therapy in retinal disease // Current Opinion in Ophthalmology. 2009. 20. 175-181.
16. Branch M.J., Hashmani K., Dhillon P. et al. Mesenchymal stem cells in the human corneal limbal stroma // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2012. 53. (9). 5109-5116.
17. Bray L.J., Heazlewood C.F., Atkinson K. et al. Evaluation of methods for cultivating limbal mesenchymal stromal cells // Cytotherapy. 2012. 14. (8). 936-947.
18. Bray L.J., Heazlewood C.F., Munster D.J. et al. Immunosuppressive properties of mesenchymal stromal cell cultures derived from the limbus of human and rabbit corneas // Cytotherapy. 2014. 16. (1). 64-73.
19. Chen S.Y., Mahabole M, Tseng S.C.G. Optimization of Ex Vivo Expansion of Limbal Epithelial Progenitors by Maintaining Native Niche Cells on Denuded Amniotic Membrane // TVST. 2013. http://tvstjournal.org/doi/full/10.1167/tvst.2.7.1.
20. ChoudheryM.S., BadowskiM., MuiseA., Harris D.T. Comparison of human mesenchymal stem cells derived from adipose and cord tissue // Cytotherapy. 2013. 15. (3). 330-343.
21. Das M., Sundell I.B., Koka P.S. Adult mesenchymal stem cells and their potency in the cell-based therapy // J. Stem Cells. 2013. 8. (1). 1-16.
22. Decot V., El Omar R., Beroud J. et al. Umbilical cord mesenchymal stem cells: the new gold standard for mesenchymal stem cell based therapies? // Tissue Eng. Part. B. Rev. 2014.
23. Elisseeff J., Madridl M.G., Qiaozhi Lu Q. et al. Future Perspectives for Regenerative Medicine in Ophthalmology // Middle East African J. Ophthalmology. 2013. 20. 38-45.
24. Garfias Y., Nieves-Hernandez J., Garcia-Mejia M. et al. Stem cells isolated from the human stromal limbus possess immunosuppressant properties // Mol. Vis. 2012. 18. 2087-2095.
25. Gu S., Xing C., Han J. et al. Differentiation of rabbit bone marrow mesenchymal stem cells into corneal epithelial cells in vivo and ex vivo // Mol. Vis. 2009.15. 99-107.
26. Holan V., Javorkova E., Trosan P. The growth and delivery of mesenchymal and limbal stem cells using copolymer polyamide 6/12 nanofiber scaffolds // Methods Mol. Biol. 2013. 1014. 187-199.
27. Hu N., Zhang Y.Y., Gu H.W., Guan H.J. Effects of bone marrow mesenchymal stem cells on cell proliferation and growth factor expression of limbal epithelial cells in vitro // Ophthalmic Res. 2012. 48. 82-88.
28. Ichim T.E., Solano F., Lara F. et al. Feasibility of combination allogeneic stem cell therapy for spinal cord injury: a case report // Int. Arch. Med. 2010. doi: 10.1186/1755-7682-3-30.
29. Jia Z., Jiao C., Zhao S. et al. Immunomodulatory effects of mesenchymal stem cells in a rat corneal
allograft rejection model // Exp. Eye Res. 2012. 102. 44-49.
30. Jin H.J., Bae Y.K., Kim M. et al. Comparative Analysis of Human Mesenchymal Stem Cells from Bone Marrow, Adipose Tissue, and Umbilical Cord Blood as Sources of Cell Therapy // Int. J. Mol. Sci. 2013.14. 17986-18001.
31. Johnson T.V., Bull N.D., Hunt D.P. et al. Neuroprotective Effects of Intravitreal Mesenchymal Stem Cell Transplantation in Experimental Glaucoma // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2010. 51. 2051-2059.
32. Jorgensen C., Deschaseaux F., Planat-Be-nard V., Gabison E. Mesenchymal stem cells: A therapeutic update // Med. Sci. (Paris). 2011. 27. (3). 275284.
33. KruglyakovP.V., SokolovaI.B., ZinkovaN.N. et al. In vitro and in vivo differentiation of mesenchymal stem cells in the cardiomyocyte direction // Bull. Exp. Biol. Med. 2006. 142. 503-506.
34. Lan Y., Kodati S., Lee H.S. et al. Kinetics and function of mesenchymal stem cells in corneal injury // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2012. 53. 3638-3644.
35. Lee D.S., Hheo J.W., Cho H.J. et al. Combined corneal allotransplantation and vitreoretinal surgery using an Eeckardt temporary keratoprosthesis: analysis for factors determining corneal allograft survival // Clinical Ophthalmology. 2014. 8. 449-454.
36. Lim M.N., Hussin N.H., Othman A. et al. Ex vivo expanded SSEA-4+ human limbal stromal cells are multipotent and do not express other embryonic stem cell markers // Mol. Vis. 2012. 18. 1289-1300.
37. Lv F.J., Tuan R.S., Cheung K.M., Leung V.Y. The surface markers and identity of human mesenchymal stem cells // Stem Cells. 2014. doi: 10.1002/stem.1681.
38. Maggini J., Mirkin G., Bognanni I. et al. Mouse Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stromal Cells Turn Activated Macrophages into a Regulatory-Like Profile // PLoS ONE. 2010. 5. e9252.
39. Mahabole M., Tseng S.C.G. Optimization of Ex Vivo Expansion of Limbal Epithelial Progenitors by Maintaining Native Niche Cells on Denuded Amniotic Membrane // TVST. 2013. http://tvstjournal.org/doi/ full/10.1167/tvst.2.7.1.
40. Oh J.Y., Roddy G.W., Choi H. et al. Anti-inflammatory protein TSG-6 reduces inflammatory damage to the cornea following chemical and mechanical injury // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. 107. 16875-16880.
41. Oh J.Y., Kim M.K., Shin M.S. et al. The anti-inflammatory and anti-angiogenic role of mesenchymal stem cells in corneal wound healing following chemical injury // Stem Cells. 2008. 26. (4). 1047-1055.
42. Oie Y., Nishida K. Regenerative Medicine for the Cornea // BioMed. Research International. 2013. http://dx.doi.org/10.1155/2013/428247.
43. OmotoM., MiyashitaH., Shimmura S. et al. The use of human mesenchymal stem cell-derived feeder cells for the cultivation of transplantable epithelial
sheets // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2009. 50. 21092115.
44. Park S.H., Kim K.W., Chun Y.S., Kim J.C. Human mesenchymal stem cells differentiate into keratocyte-like cells in keratocyte-conditioned medium // Exp. Eye Res. 2012. 101. 16-26.
45. Ricciardi M., Malpeli G., Bifari F. et al. Comparison of epithelial differentiation and immune regulatory properties of mesenchymal stromal cells derived from human lung and bone marrow // PloS ONE. 2012. 7. e35639.
46. Shalaby S.M., El-Shal A.S., Abd-Allah S.H. et al. Mesenchymal stem cell injection protects against oxidative stress in Escherichia coli-induced acute lung injury in mice // Cytotherapy. 2014. doi: 10.1016/j. jcyt.2013.12.006.
47. Takacs L., Toth E., Berta A., Vereb G. Stem cells of the adult cornea: from cytometric markers to therapeutic applications // Cytometry A. 2009. 75. (1). 54-66.
48. Thomas V.J., Caterson B., KaoW.W. Transplantation of human umbilical mesenchymal stem cells cures the corneal defects of Mucopolysaccharidosis VII mice // Stem Cells. 2013. doi: 10.1002/stem.1481.
49. Watson S.L., Marcal H., Sarris M. et al. The effect of mesenchymal stem cell conditioned media on corneal stromal fibroblast wound healing activities // Br. J. Ophthalmol. 2010. 94. 1067-1073.
50. Yao L., Bai H. Mesenchymal stem cells and corneal recons ruction // Molecular. Vision. 2013. 19. 2237-2243.
51. Yao L., Li Z.R., Su W.R. et al. Role of mesen-chymal stem cells on cornea wound healing induced by acute alkali burn // PLoS One. 2012. 7. (2). doi: 10.1371/journal.pone.0030842.
52. Ye J., Yao K., Kim J.C. Mesenchymal stem cell transplantation in a rabbit corneal alkali burn model: engraftment and involvement in wound healing // Eye (Lond). 2006. 20. 482-490.
53. Yeum C.E., Park E.Y., Lee S-B. et al. Quantification of MSCs involved in wound healing: use of SIS to transfer MSCs to wound site // J. Tissue Eng. Regen. Med. 2013. 7. 279-291.
54. Zakaria N., Possemiers T., Ni Dhubhghaill S. et al. Results of a phase I/II clinical trial: standardized, non-xenogenic, cultivated limbal stem cell transplantation // J. Transl. Med. 2014. doi:10.1186/1479-5876-12-58.
55. ZhangX.M., Jiao C.N., Jia Z. et al. Investigation of the role of mesenchymal stem cells on keratoplasty rejection // Zhonghua Yan Ke Za Zhi. 2012. 48. (8). 733-738.
56. Zhang X.M., Li X.R. Potential applications of mesenchymal stem cells in ocular diseases // Zhonghua Yan Ke Za Zhi. 2012. 48. (10). 956-960.
MULTIPOTENT MESENCHYMAL STROMAL CELLS FOR THERAPY OF THE LIMBAL EPITHELIUM DYSFUNCTION
Olga Vladimirovna POVESHCHENKO1, Aleksandr Fedorovich POVESHCHENKO1, Aleksandr Petrovich LYKOV1, Natalia Anatolievna BONDARENKO1, Yulia Vladimirovna NIKONOROVA1, Igor Borisovich DRUZHININ2, Vladimir Iosifovich KONENKOV1
1 Institute of Clinical and Experimental Lymphology of SB RAMS 630117, Novosibirsk, Timakov str., 2
2 S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution, Novosibirsk Branch 630096, Novosibirsk, Kolkhidskaya str., 10
One way of the limbal epithelial dysfunction therapy is the cellular therapy with stem cells. Multipotent mesenchymal stromal cells are a class of stem cells, which are distributed in the various tissues and organs. Multipotent mesenchymal stromal cells have the potential for self-maintenance, capable to differentiate under certain conditions into other types of cells. Multipotent mesenchymal stromal cells have reparative potential as well as immunomodulating, anti-inflammatory and modulating angiogenesis action. These potential properties of multipotent mesenchymal stromal cells are valuable for the reconstruction of the cornea. The information on the use of multipotent mesenchymal stromal cells for the treatment of disease of the cornea is summarized in the review.
Key words: multipotent mesenchymal stromal cells, cornea, cellular therapy, regeneration, cytodifferentiation, limbal stromal cells.
Poveshchenko O.V. - candidate of medical sciences, head of the laboratory of cell technologies, e-mail: [email protected]
Poveshchenko A.F. - doctor of medical sciences, head of the laboratory ofphysiology of the protective system, e-mail: [email protected]
Lykov A.P. - candidate of medical sciences, leading researcher of the laboratory of cell technologies, e-mail: [email protected]
Bondarenko N.A. - candidate of biological sciences, junior researcher of the laboratory of cell technologies, e-mail: [email protected]
Niconorova Yu.V. - junior researcher of the laboratory of cell technologies, e-mail: [email protected] Druzhinin I.B. - candidate of medical sciences, ophthalmologist
Konenkov V.I. - academician of RAS, doctor of medical sciences, director, e-mail: [email protected]
