CC BY
29
Серия «Биология. Экология»
Онлайн-доступ к журналу: http://isu.ru/izvestia
2014. Т. 8. С. 80-84
Иркутского государственного университета
И З В Е С Т И Я
УДК 576.53.6
Обонятельный эпителий как источник аутологических стволовых, прогениторных и других малодифференцированных нейральных клеток
1 2 2 4 3
И. В. Клименков ' , Н. П. Судаков ' , М. В. Пастухов
'Лимнологический институт СО РАН, Иркутск
2Иркутский государственный университет, Иркутск
3Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН, Иркутск
4Научный центр реконструктивной и восстановительной хирургии СО РАМН,
Иркутск
E-mail: iklimen@mail.ru
Аннотация. Обсуждаются вопросы использования в восстановительной медицине обонятельного эпителия в качестве источника аутологических стволовых и других малодифференцированных нейральных клеток. Рассматривается способ существенного увеличения пролиферативного потенциала клеток в обонятельном нейроэпите-лии путём его длительной хемостимуляции веществами нетоксичной природы.
Ключевые слова: нейрон, апоптоз, нейрогенез, стволовая клетка, трансплантация.
Нейротрансплантация является одним из перспективных подходов для лечения различных органических поражений головного и спинного мозга [1; 2; 12; 13]. При этом одной из основных проблем является поиск оптимальных источников стволовых и других малодифференцированных нейральных клеток, необходимых для их использования в трансплантации при восстановительной терапии. Для решения этих задач в настоящее время предпринимаются попытки использовать плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки, обладающие большим пролиферативным потенциалом [5; 6], индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, получаемые из клеток различных тканей [9], а также другие источники и технологии их получения.
Однако создание тканевого трансплантата с заданными свойствами сталкивается со многими трудностями, включая проблемы этического характера. Особенно это касается использования эмбрионального материала. Другая, не менее важная проблема - отдалённые последствия переживания и интеграции трансплантированных клеток в новом, как правило, генетически чужеродном микроокружении. Острота этого вопроса во многом определяется иммунологической совместимостью и потенциальным риском формирования различных новообразований из трансплантата [16].
Можно полагать, что некоторые из этих проблем могут быть преодолены при использовании обонятельного эпителия, который является доступ-
ным и единственным на сегодняшний день источником аутологических нейральных стволовых, прогениторных и обкладочных глиальных клеток [2; 3; 11]. Искусственное получение клеточных культур на основе ольфактор-ной выстилки с необходимой пролиферативной активностью и потенциалом к образованию различных типов клеток становится важной задачей нейро-биологии и восстановительной медицины. В связи с этим в настоящее время активно ведутся работы по выявлению ключевых факторов роста, которые могут в культуре диссоциированных обонятельных клеток активизировать процессы их пролиферации и дифференцировки [7; 14].
Что касается поиска способов повышения пула стволовых и других бластных нейральных клеток в самом хеморецепторном эпителии, то к настоящему времени утвердилось мнение о том, что активировать процессы нейрогенеза in vivo можно только в результате экстремальных воздействий на обонятельную систему - после аксотомии обонятельного нерва [15], бульбэктомии [4] или острых токсических воздействий [10]. Это делает неприемлемым использование данных подходов для усиления пролифератив-ных свойств клеток в обонятельном биоптате человека. Вопреки сложившимся представлениям, нами впервые на рыбах (Paracottus knerii, Cottoidei) экспериментальным путём с помощью лазерной конфокальной микроскопии (метод окраски делящихся клеток с помощью бромдезоксиуридина по Гратцнеру [8]) показано, что длительная (15 сут.) хемостимуляция эпителия слабоконцентрированной (массовая доля - 110-4 %) нетоксичной водорастворимой смесью аминокислот и пептидов вызывает очаговое стрессирова-ние хемочувствительных клеток, их апоптоз и компенсаторное двукратное усиление процессов нейрогенеза (рис.).
Эти данные определяют необходимость дальнейших исследований адаптивной стимул-зависимой дифференцировки и нейрогенеза клеточных элементов ольфакторного эпителия животных на разных сроках их стимуляции запаховыми веществами нетоксичной природы. Полученные результаты создают предпосылки для разработки неинвазивных способов повышения потенциала аутологического биопсийного материала с увеличенным содержанием малодифференцированных нейральных клеток для их использования в восстановительной терапии болезней нервной системы.
Работа выполнена при финансовой поддержке проектов РФФИ № 11-04-01231-а и № 12-04-10007-к
X [иш]
Рис. 3Б-реконструкция (конфокальная микроскопия) отдельных складок обонятельного нейроэпителия каменной широколобки (Ратасвиш кпвтИ, Cottoidei) в контроле (а) и в эксперименте - после продолжительной хемостимуляции (б). Ми-тотически активные ядра клеток показаны стрелками (избирательная окраска ядер с помощью антител, меченых Б1ТС к бромдезоксиуридину)
Список литературы
1. Корочкин Л. И. Стволовые клетки как генетическая проблема / Л. И. Ко-рочкин // Вестн. ВОГиС. - 2004. - Т. 8, № 2. - С. 73-80.
2. Мультипотентные стволовые и прогениторные клетки обонятельного эпителия / И. В. Викторов [и др.] // Клеточные технологии в биологии и медицине. -2006. - № 4. - С. 185-193.
3. Adult olfactory sphere cells are a source of oligodendrocyte and Schwann cell progenitors / Y. I. Ohnishi [et al.] // Stem Cell Res. - 2013. - Vol. 11, N 3. - P. 1178-1190.
4. Costanzo R. M. Rewiring the olfactory bulb: changes in odor maps following recovery from nerve transaction / R. M. Costanzo // Chem Senses. - 2000. - Vol. 25. -P. 199-205.
5. Derivation of pluripotent stem cells from cultured human primordial germ cells / M. J. Shamblott [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci USA. - 1998. - Vol. 95. - P. 1372613731.
6. Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts / J. Thomson [et al.] // Science. - 1998. - Vol. 282. - P. 1145-1147.
7. Gong Q. Culture of mouse olfactory sensory neurons / Q. Gong // Curr. Protoc. Neurosci. - 2012. - Chapter 3: Unit 3.24. doi: 10.1002/0471142301.ns0324s58.
8. Gratzner H. G. Monoclonal antibody to 5-bromo- and 5-iododeoxyuridine: A new reagent for detection of DNA replication / H. G. Gratzner // Science. - 1982. -Vol. 218. - P. 474-475.
9. Induced pluripotent stem cells generated without viral integration / M. Stadtfeld [et al.] // Science. - 2008. - Vol. 322. - P. 945-949.
10. Leung C. T. Contribution of olfactory neural stem cells to tissue maintenance and regeneration / C. T. Leung, P. A. Coulombe, R. R. Reed // Nat. Neurosci. - 2007. -Vol. 10, N 6. - P. 720-726.
11. Mackay-Sim A. Stem cells and genetic disease / A. Mackay-Sim, P. Silburn // Cell. Prolif. - 2008. - Vol. 41, Suppl. 1. - P. 85-93.
12. Neurotransplantation in neurodegenerative disease: a survey of relevant issues in developmental neurobiology / J. Price [et al.] // Novartis Found Symp. - 2000. -Vol. 231. - P. 148-165.
13. Pendleton C. Neurotransplantation: lux et veritas, fiction or reality? / C. Pendleton, I. Ahmed, A. Quinones-Hinojosa // J. Neurosurg. Sci. - 2011. - Vol. 55, N 4. - P. 297-304.
14. Regulation of adult olfactory neurogenesis by insulin-like growth factor-I / R. D. McCurdy [et al.] // Eur. J. Neurosci. - 2005. - Vol. 22. - P. 1581-1588.
15. Samanen D. W. Replication and differentiation of olfactory receptor neurons following axotomy in the adult hamster: a morphometric analysis of postnatal neurogenesis / D. W. Samanen, W. B. Forbes // J. Comp. Neurol. - 1984. - Vol. 225, N 2. - P. 201-211.
16. Shihabuddin L. S. Neural stem cell transplantation as a therapeutic approach for treating lysosomal storage diseases / L. S. Shihabuddin, S. H. Cheng // J. American Society for Experimental NeuroTherapeutics. - 2011. - Vol. 8, N 4. - P. 659-667.
Olfactory Epithelium as a Source of Autological Stem Cells, Progenitor and other Neutral Cells with Poor Differentiation
I. V. Klimenkov1, 2, N. P. Sudakov4, \ M. V. Pastukhov3
'Institute of Limnology SB RAS, Irkutsk
2Irkutsk State University, Irkutsk
3Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS, Irkutsk
4Research Center for Reconstructive and Restorative Surgery SB RAMS, Irkutsk
Abstract. The article examines the usage of olfactory epithelium in rehabilitation medicine as a source of autological stem cells and other neutral cells with poor differentiation.
In particular, we discuss how long-term chemostimulation of olfactory epithelium by nontoxic substances leads to a substantial increase of its cells' proliferative potential.
Key words: neuron, apoptosis, neurogenesis, stem cell, transplantation.
Клименков Игорь Викторович кандидат биологических наук старший научный сотрудник; доцент Лимнологический институт СО РАН 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3 тел.: (3952) 42-32-80 факс: (3952) 42-54-05 Иркутский государственный университет 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 тел.: (3952) 24-18-70 е-шаП: iklimen@mail.Tu
Судаков Николай Петрович кандидат биологических наук, старший научный сотрудник; доцент Научный центр реконструктивной и восстановительной хирургии СО РАМН 664079, г. Иркутск, Юбилейный, 100 тел.: (3952) 46-95-66, факс (3952) 46-95-66 Иркутский государственный университет 664003, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 тел.: (3952) 24-18-70 е-шаП: npsudakev@TambleT.Tu
Пастухов Михаил Владимирович кандидат биологических наук старший научный сотрудник Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН
664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1а тел.: (3952) 51-14-42 факс: (3952) 42-66-00 е-шаП: mpast@igc.iTk.ru
Klimenkov Igor Viktorovich
Candidate of Sciences (Biology), Senior
Research Scientist; Associate Professor
Institute of Limnology SB RAS
3, Ulan-Batorskaya st., Irkutsk, 664033
tel.: (3952) 42-32-80
fax: (3952) 42-54-05
Irkutsk State University
1, K. Marx st., Irkutsk, 664003
tel.: (3952) 24-18-70
е-mail: iklimen@mail.ru
Sudakov Nikolay Petrovich
Candidate of Sciences (Biology), Senior
Research Scientist; Associate Professor
Research Center for Reconstructive and
Restorative Surgery SB RAMS
100, Yubileiny, Irkutsk, 664079,
tel.: (3952) 46-95-66,
fax: (3952) 46-95-66
Irkutsk State University
1, K. Marx st., Irkutsk, 664003
tel.: (3952) 24-18-70
е-mail: npsudakov@rambler.ru
Pastukhov Mikhail Vladimirovich Candidate of Sciences (Biology) Senior Research Scientist Vinogradov Institute of Geochemistry SB RAS
1a, Favorsky st., Irkutsk, 664033 tel.: (3952) 51-14-42, fax: (3952) 42-66-00 е-mail: mpast@igc.irk.ru
