CC BY
68
Участие мононуклеаров пуповинной крови человека в физиологической регенерации почки крысы
Т.С. Йылмаз 1, А.В. Мавликеева 1, А.А. Гумерова 12, Д.И. Андреева 1,
И.Ф. Файрушина 1, А.П. Киясов 12
1 Казанский государственный медицинский университет, Казань
2 Казанский Приволжский Федеральный Университет, Казань
Participation of the mononuclear cells of the cord blood in the physiologic regeneration of the rat kidney
T.S. Yilmaz1, A.V. Mavlikeeva 1, A.A. Gumerova 12, D.I. Andreeva 1, I.F. Fairushina 1, A.A. Kiiasov12
1 Kazan State Medical University, Kazan
2 Kazan Federal Volga Region University, Kazan
В настоящее время активно изучается возможность использования гемопоэтических стволовых клеток для лечения различных заболеваний, в том числе, заболеваний почек. В качестве источника гемопоэтических клеток все большее значение приобретает пуповинная кровь. Целью исследования стало изучение хоуминга и путей диффе-ренцировки мононуклеаров пуповинной крови человека в интактных почках крыс. Исследование проведено на крысах, которым в хвостовую вену вводили фракцию мононуклеаров пуповинной крови человека, обогащённую гемопоэтически-ми стволовыми клетками. Через 2, 5, 7 и 14 сут. после введения проводили иммуногистохимическое окрашивание антителами к лейкоцитарному антигену человека (НІА-АВС) для изучения миграции и дифференцировки введенных клеток. Результатом окрашивания стало обнаружение НІА-АВС+-клеток в эпителиальной выстилке дистальных канальцев нефрона на всех контрольных сроках. При этом, НІА-АВС экспрессировался не во всех дистальных канальцах и не всеми клетками. Таким образом, монону-клеары пуповинной крови человека, трансплантированные в системный кровоток крыс, мигрируют в неповрежденную почку и встраиваются в эпителиальные клетки дистальных канальцев нефрона, что позволяет рассматривать дистальные канальцы как «нишу» стволовых клеток.
Ключевые слова: почка, регенерация, мононуклеары пуповинной крови, трансплантация, дифференцировка.
Одной из актуальных проблем современной нефрологии является поиск новых, патогенетически обоснованных и эффективных методов лечения хронических заболеваний почек. В связи с этим, исследователями ведётся интенсивное изучение участия стволовых клеток в регенерации тканей и восстановлении органов и возможности применения этих клеток для патогенетической терапии различных заболеваний [1], в том числе заболеваний почек [2]. Для обоснования целесообразности применения стволовых клеток необходимо изучение их распределения после трансплантации в неповреждённом органе, а именно — оценка возможности миграции введенных клеток в интактную почку, путей этой миграции и дальнейшей дифференцировки в почке реципиента.
В последнее время, как в эксперименте, так и в клинике, в качестве источника гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) наибольшее значение приобретает пуповинная кровь. Это связано как с абсолютной безопасностью их получения и возможностью длительного их хранения, так и с рядом качественных
e-mail: [email protected]
Nowadays ability to use hematopoietic stem cells for treatment of various diseases, including kidney pathology, is widely investigated. Umbilical cord blood as the source of hematopoietic stem cells becomes more and more promising. The purpose of our investigation was to study homing and ways of human umbilical cord blood mononuclear cells differentiation in an intact rat kidney. We transplanted human umbilical cord blood mononuclear cells fraction, enrich with hematopoietic stem cells, into the tail vein of rats. On 2, 5, 7 and 14 days after transplantation paraffin kidney slices were immunohistochemically stained with antibodies against human leukocyte antigen (HLA-ABC) to study migration and differentiation of transplanted cells. Results: HLA-ABC+-cells were revealed in the epithelium of the distal tubule at all experimental dates. But HLA-ABC was expressed not in each distal tubule and not by all tubular cells. We concluded that human umbilical cord blood mononuclear cells transplanted into systemic circulation of rat migrate into the intact kidney and built in the distal tubule epithelium. This data allow to suggest that distal tubule are stem cell «niche» in the kidney.
Key words: kidney, regeneration, human umbilical cord blood mononuclear cells, transplantation, differentiation.
свойств самих клеток. Как известно, ГСК, выделенные из пуповинной крови, обладают значительно более высокой пролиферативной и клоногенной активностью и меньшей иммуногенностью по сравнению с клетками, полученными из взрослого организма [3]. В связи с этим, целью нашего исследования стало изучение хоуминга и дифференцировки мононуклеаров пуповинной крови человека после трансплантации в интактной почке крысы.
Материал и методы
Выделение мононуклеаров из пуповинной крови производили в пробирках объемом 50 мл. В каждую пробирку наливали по 25 мл фиколла плотностью 1,077 г/мл, на который аккуратно при помощи автоматического дозатора наслаивали равный объём пуповинной крови с антикоагулянтом (соотношение крови и антикоагулянта колебалось в пределах 1:1 —1:3) [4]. Пробирки центрифугировали при 720д в течение 20 мин, получали чёткое разделение крови на 3 фракции: эритроциты, лейкоциты и плазму.
Лейкоцитарную фракцию забирали в отдельную пробирку, ресуспендировали раствором Версена в соотношении 1:2 и центрифугивали при 305g в течение 15 мин. Полученный клеточный осадок ресуспен-дировали 10 мл раствора Версена и повторно центрифугировали при 305 g 15 мин. Таким образом, клеточный осадок был отмыт от фиколла [4].
Исследование проведено на 15 белых беспородных крысах-самцах весом 180—220 г., находящихся на стандартном рационе вивария и имеющих свободный доступ к воде. Крысам в хвостовую вену вводили по 1х10в клеток-мононуклеаров, ресуспендирован-ных в 0,5 мл стерильного физиологического раствора. Крысам из группы контроля (n = 3) вводили только физиологический раствор в равном объёме. Ксенотранслантация проведена в связи с невозможностью получения пуповинной крови у крыс. Кроме того, введение клеток человека позволяло не проводить дополнительного мечения трансплантируемых ГСК. Естественной меткой служил лейкоцитарный антиген человека (HLA-ABC), не экспрессирующийся клетками крыс.
Через 2, 5, 7, 14 сут. после введения клеток (по
3 крысы на каждом сроке) животных выводили из эксперимента под эфирным наркозом и извлекали почки для морфологического исследования. Максимальный экспериментальный срок обусловлен его достаточностью для того, чтобы убедиться в истин-
ности заселения мононуклеарами пуповинной крови человека здоровых почек крыс и отсутствием в течение первых 2-х нед. реакции «трансплантат против хозяина». После выведения из эксперимента у животных извлекали почки для морфологического исследования, фиксировали в формалине и заливали в парафин по стандартной методике. Парафиновые срезы почек крыс окрашивали антителами к HLA-ABC (клон W6/32-HL, фирма Novokastra; разведение 1:160).
Результаты и обсуждение
Результатом окрашивания срезов почки крыс после введения мононуклеаров пуповинной крови человека стало обнаружение HLA-ABC-позитивных клеток в эпителии канальцев на всех исследованных сроках (рис.). На основании того, что эти канальцы были сравнительно небольшого диаметра, с широким просветом и невысокими, чётко очерченными эпителиоцитами [5], что характерно для дистальных извитых канальцев, мы сделали заключение о заселении человеческими клетками именно этого отдела нефрона. Интересно, что не все дистальные канальцы были окрашены, и в каждом окрашенном дистальном канальце могли присутствовать как HLAABC-позитивные, так и HLA-ABC-негативные эпителиальные клетки (рис. Б—Г). Кроме того, необходимо отметить, что клетки, экспрессирующие антиген
Почка крысы: А - контрольная группа, HLA-ABC^-клетки отсутствуют; Б, В - 2 сут. после введения мононуклеаров, определяются позитивные HLA-ABC^-клетки дистальных канальцев нефрона;
Г - 14 сут. после введения мононуклеаров, сохранение экспрессии HLA-ABC в дистальных канальцах. Иммуногистохимическая реакция с антителами к HLA-ABC. Ув.: А, Б х100; В х400; Г х200
человека, не были обнаружены в интерстиции почки, собирательных трубочках и в клубочках. В канальцевой же части нефрона характерный для клеток человека антиген присутствовал только в дистальных извитых канальцах.
Данные литературы по вопросу миграции в почку ГСК и встраиванию их в структуры нефрона весьма противоречивы. С одной стороны, есть работы, в которых полностью опровергается участие костномозговых клеток в физиологической регенерации почки, но не исключается их участие в репаративной регенерации органа [6]. С другой стороны, в экспериментах на здоровых мышах показано, что костномозговые клетки вовлечены в образование только мезангиаль-ных клеток [7]. Однако полученные нами результаты указывают на то, что ГСК способны восстанавливать или встраиваться в эпителий канальцев нефрона. Ранее было также показано, что через 12—13 нед. после трансплантации ГСК костного мозга 8% эпителиальных клеток канальцев имеют костномозговое происхождение [8]. В работе, проведенной на мышах с боковым амиотрофическим склерозом, которым вводили клетки пуповинной крови человека, было обнаружено, что человеческие клетки заселяют почки животных и спустя 10—12 нед. после трансплантации располагаются как среди эпителия канальцев, так и между канальцами, демонстрируя морфологию эндотелиоцитов [9]. В нашем исследовании мы не обнаружили эндотелиальных клеток, экспрессирующих антигены человека, в кровеносных сосудах почки.
Таким образом, несмотря на противоречивость полученных результатов, мы подтверждаем тот
ЛИТЕРАТУРА:
1. Владимирская Е.Б., Майорова О.А., Румянцев С.А. и др. Биологические основы и перспективы терапии стволовыми клетками. Москва: ИД МЕДПРАКТИКА-М; 2005.
2. Zubko R., Frishman W. Stem cell therapy for the kidney? Am. J. Ther., 2009; 16(3): 247-56.
3. Navarrete C.V., Gomez J., Borras F.E. Cord blood dendritic cells. In: Broxmeyer H.E., editor. Cord blood: biology, immunology, banking, and clinical transplantation. Maryland: AABB Press Bethesda; 2004. p. 187-98.
4. Hawley R.G., Ramezani A., Hawley T.S. Hematopoietic stem cells. Methods Enzymol. 200; 419: 149-79.
5. Renal histology. faculty of medicine histology, http://courseweb. edteched.uottawa.ca/medicine-histology.
6. Wagers A.J. Little evidence for developmental plasticity of adult hematopoietic stem cells. Science 2002; 297(5590): 2256-9.
7. Imasawa T. The potential of bone marrow-derived cells to differentiate to glomerular mesangial cells. J. Am. Soc. Nephrol. 2001; 12: 1401-9.
факт, что мононуклеары пуповинной крови человека мигрируют в почку и встраиваются в эпителиальную выстилку канальцев. Кроме того, результаты исследования позволили уточнить, что отделом нефрона, в который заселяются введённые клетки, являются дистальные извитые канальцы. Однако, попадая в здоровую почку, вероятно, ГСК не находят «точки приложения» (поврежденного клеточного типа) и поэтому остаются в органе в качестве дополнительного резерва для последующих процессов физиологической и репаративной регенерации. Как известно, в органах стволовые клетки располагаются в специальных «нишах» [10]. Относительно локализации «ниши» стволовых клеток в почке нет единого мнения. По мнению разных авторов, в этой роли могут выступать почечные сосочки [11], проксимальные канальцы [12], канальцы кортикомедуллярного перехода [12], а также клетки мочевого полюса капсулы Шумлянского — Боумена [13]. Полученные нами данные позволяют высказать предположение, что еще одним кандидатом на роль «ниши» стволовых клеток могут быть дистальные канальцы нефрона.
На основании результатов проведенного исследования можно сделать вывод, что мононуклеары пуповинной крови человека, трансплантированные в организм здоровой крысы, способны мигрировать в почку и встраиваться в эпителиальную выстилку дистальных канальцев, которые, вероятно, служат «нишей» прогениторных клеток почки. Таким образом, применение данных клеток может быть перспективно для разработки методов регенеративной медицины с целью восстановления эпителия канальцев нефрона при тубулопатиях.
8. Poulsom R., Forbes S.J., Hodivala-Dilke K. et al. Bone marrow contributes to renal parenchymal turnover and regeneration. J. Pathol. 2001; 195(2): 229-35.
9. Garbuzova-Davis S. Intravenous administration of human umbilical cord blood cells in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis: distribution, migration and differentiation. J. Hematother. Stem Cell Res. 2003; 12: 255-70.
10. Lavker R.M., Sun T.T. Epidermal stem cells: Properties, markers and location. PNAS USA 2000; 97: 13473-5.
11. Oliver J.A., Maarouf 0., Cheema F.H. et al. The renal papilla is a niche for adult kidney stem cells. Clin. Invest. 2004; 114: 795-804.
12. Kim D., Dressler G.R. Nephrogenic factors promote differentiation of mouse embryonic stem cells into renal epithelia. J. Am. Soc. Nephrol. 2005; 16: 3527-34.
13. Ronconi E., Sagrinati C., Angelotti M. et al. Regeneration of glomerular podocytes by human renal progenitors. J. Am. Soc. Nephrol. 2009; 20(2): 322-32.
Поступила 09.08.12
