Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ КОМБИНАЦИИ РОСТОВЫХ ФАКТОРОВ TGFβ И IGF НА ХОНДРОГЕННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК КОСТНОГО МОЗГА'

ВЛИЯНИЕ КОМБИНАЦИИ РОСТОВЫХ ФАКТОРОВ TGFβ И IGF НА ХОНДРОГЕННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК КОСТНОГО МОЗГА Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
60
12
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ / ХОНДРОГЕННАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА / 2D / 3D-СИСТЕМЫ КУЛЬТУР КЛЕТОК / MESENCHYMAL STEM CELLS / CHONDROGENIC DIFFERENTIATION / 2D CELL CULTURE SYSTEMS / 3D CELL CULTURE SYSTEMS

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Жерносеченко Анна, Исайкина Янина, Филипович Татьяна

Исследовано влияние комбинации ростовых факторов TGFβ (TGFβ1 и TGFβ3) и IGF, а также срока дифференцировки на индукцию хондрогенеза МСК in vitro. Доказано, что МСК, находящиеся в 2D и 3D-системах, при воздействии TGFβ/IGF через 7 суток имели признаки ранних хондробластоподобных клеток. Применение TGFβ3/IGF для хондродифференцировки МСК предпочтительнее, так как приводит к более выраженному ингибированию гипертрофии клеток. Отсутствие достоверных различий в экспрессии генов (за исключением Sox9) на 7-е и 21-е сутки хондродифференцировки МСК позволяет сократить продолжительность процесса до 7 суток.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Жерносеченко Анна, Исайкина Янина, Филипович Татьяна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EFFECT OF A COMBINATION OF TGFβ AND IGF GROWTH FACTORS ON THE CHONDROGENIC POTENTIAL OF MESENCHYMAL BONE MARROW STEM CELLS

The authors studied the influence of the combination of TGFβ and IGF growth factors, as well as the differentiation time, on the induction of MSC chondrogenesis in vitro. It is proved that MSCs located in 2D and 3D systems, when exposed to TGFβ/ IGF, showed the signs of early chondroblast-like cells in 7 days. The TGFβ/ IGF used for the induction of MSCs is more preferred, because it results in a more pronounced hypertrophic-suppression effect. The absence of significant differences in gene expression (excepting Sox9) on the 7th and 21st days of chondrogenic differentiation allows the process to be reduced in vitro to 7 days.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ КОМБИНАЦИИ РОСТОВЫХ ФАКТОРОВ TGFβ И IGF НА ХОНДРОГЕННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК КОСТНОГО МОЗГА»

Влияние комбинации ростовых факторов TGFp и IGF на хондрогенный потенциал мезенхимальных стволовых клеток костного мозга

УДК:616.419-018.3/.4:591.134.1

Анна Жерносеченко,

научный сотрудник лаборатории клеточных биотехнологий и цитотерапии Республиканского научно-практического центра детской онкологии, гематологии и иммунологии; sapphire.anna@gmail.com

Янина Исайкина,

завлабораторией клеточных биотехнологий и цитотерапии Республиканского научно-практического центра детской онкологии, гематологии и иммунологии, кандидат биологических наук; yaninai@mail.ru

Татьяна Филипович,

младший научный сотрудник Республиканского научно-практического центра детской онкологии, гематологии и иммунологии; tatianafilipovich95@ gmail.com

Аннотация. Исследовано влияние комбинации ростовых факторов TGFfi (TGF@1 и TGFfi3) и IGF, а также срока дифференцировки на индукцию хондрогенеза МСК in vitro. Доказано, что МСК, находящиеся в 2D и 3й-системах, при воздействии TGFfi/IGF через 7 суток имели признаки ранних хондробластоподобных клеток. Применение TGFfi3/IGF для хондродифференцировки МСК предпочтительнее, так как приводит к более выраженному ингибированию гипертрофии клеток. Отсутствие достоверных различий в экспрессии генов (за исключением Sox9) на 7-е и 21-е сутки хондродифференцировки МСК позволяет сократить продолжительность процесса до 7 суток.

Ключевые слова: мезенхимальные стволовые клетки, хондрогенная дифференцировка, 2D, 3D-системы культур клеток.

Для цитирования: Жерносеченко А., Исайкина Я., Филипович Т. Влияние комбинации ростовых факторов TGFfi и IGF на хондрогенный потенциал мезенхимальных стволовых клеток костного мозга //Наука и инновации. 2021. №2. С. 78-83. https://doi.org/10.29235/1818-9857-2021-2-78-83

Применение в тканевой инженерии мезенхимальных стволовых клеток (МСК) перспективно, так как их можно экспансировать без потери хондрогенного потенциала. К сожалению, клетки, полученные в результате дифференцировки МСК в хондрогенном направлении in vitro, имеют нестабильный фенотип, а экспрессия маркеров гипертрофии только увеличивает проблему их использования, так как гипертрофированные хондроциты в дальнейшем подвергаются апоптозу и кальцифика-ции, тогда как здоровый суставной хрящ - стабильная ткань, обладающая способностью сопротивляться гипертрофии через неизвестный на сегодняшний день механизм [1-3].

Хондрогенная дифференцировка связана с многочисленными внутриклеточными сигналами. Sox9 и Runx2 - важнейшие маркеры хондро-генного развития, но функции их различаются. Оба фактора экспрессируются в течение всего хондрогенеза, начиная с конденсации и заканчивая терминальной хондрогенной гипертрофией. Но, если Sox9 связан с хондрогенной диф-ференцировкой и усиливает активность экспрессии гена коллагена II типа (Coll2) и других маркеров начала дифференцировки, то Runx2 вовлечен в гипертрофическое созревание клеток. Кроме того, Sox9 ингибирует экспрессию Runx2 [1, 4-6].

Семейство TGFp (трансформирующий фактор роста в), три изоформы которого (TGF^l, TGF^2 и TGFP3) хорошо изучены, не только обладает антипролиферативным воздействием на клетки, но и выступает одним из основных

регуляторных факторов индукции хондроге-неза. Он является основным инициатором конденсации клеток, а также приводит к торможению процесса гипертрофии, поэтому его наличие в среде культивирования при хондродиффе-ренцировке МСК можно считать приоритетным, хотя экспрессия многих маркеров гипертрофии, таких как коллаген X типа (CollX), щелочная фосфатаза, Runx2, сохраняется даже в присутствии TGFp [1, 7, 8]. Более того, все еще остается на высоком уровне синтез коллагена I типа, что свидетельствует о невозможности дифферен-цировки МСК в полноценные хондроциты [9, 10].

Для гиалинового хряща два наиболее важных компонента внеклеточного матрикса - коллаген II типа, составляющий 80% внеклеточного матрикса хрящевой структуры, и аггрекан, образующий 80-90% протеогликанов. Исследования показали, что TGF^3 инициирует более раннюю дифференцировку, чем TGF^l [11, 12].

Большое значение в хондрогенной дифферен-цировке МСК имеет инсулиноподобный ростовой фактор (IGF), который модулирует хондро-генез через стимуляцию пролиферации, стабилизацию клеток, ингибирование апоптоза и индукцию экспрессии хондрогенных маркеров. IGF в комбинации с TGF^1 и BMP7 увеличивает эффективность хондрогенеза, что проявляется в накоплении внеклеточного матрикса [9].

Как показали исследования под руководством Л. Лонгобарди, IGF обладает равной с TGF^1 активностью в индукции хондрогенеза, но не зависит от него, поэтому действие этих двух факторов суммируется. Кроме того, выявлен времязависимый эффект IGF: первоначально он индуцирует пролиферацию, а позже способствует хондрогенной дифференцировке [13, 14].

Согласно современным представлениям, IGF выступает посредником роста и развития хрящевой ткани, внося изменения в баланс пролиферации и гипертрофии хондроцитов. IGF-за-висимый сигнальный путь стимулирует пролиферацию хондроцитов через IGF1/IGF1R^-посредованный PI3K/Akt/GSK3p сигнальный путь, в тоже время активирует Wnt/^-catenin и IHH, приводя к гипертрофии [1, 15].

На сегодняшний день для дифференцировки МСК используются в основном комбинации нескольких ростовых факторов. Сочетание IGF1/ BMP2 приводит в действие дополнительные ана-боличесикие эффекты в хондроцитах и стимулирует синтез внеклеточного матрикса. Изучение

действия комбинации TGFß3 и IGF на МСК, полученные из межпозвоночного диска, показало, что она приводит к значительной экспрессии Coll2 и Sox9, низкой экспрессии COMP, к увеличению синтеза протеогликанов, в частности глюкоза-миногликанов (GAG), по сравнению с отдельно взятым действием TGFß3 и IGF1 и, кроме того, дает существенный синергичный эффект на снижение апоптоза и некроза МСК [16, 17].

Изучение хондрогенного эффекта TGFß3, костного морфогенетического белка (BMP2), IGF и ростового фактора фибробластов (FGF2) в различных комбинациях и дозах (81 комбинация) коллективом ученых под руководством А. Хуана показало изменчивое действие на синтез GAG. TGFß3 имел прохондрогенный эффект, в то время как FGF2 - пролиферативный. IGF1 проявил себя как нестабильный фактор, хотя комбинация IGF1 с FGF2 обнаружила возрастание депонирования GAG независимо от дозы [18].

Целью нашего исследования было изучение влияния комбинации ростовых факторов TGFß (TGFß1 и TGFß3) и IGF, а также срока дифференцировки на хондрогенез МСК in vitro.

Материалы и методы

Для получения МСК мононуклеарные клетки выделяли из проб костного мозга на Гистопаке плотностью 1,077 г/мл (Sigma, США), отмывали в 0,9% NaCl, ресуспендировали в IMDM с 10%-ной эмбриональной телячьей сывороткой (ЭТС) (Sigma, США) и переносили в концентрации 2-3х106/мл во флакон 25 см2 (Sarstedt, Германия). Клетки инкубировали при +37 °C и 5% СО2, со сменой среды через каждые 3 дня. При получении 80-90% конфлюэнтного слоя МСК дезадгезировали 0,25%-ным трип-сином-ЭДТА (Sigma, США), отмывали в 0,9% NaCl и переносили во флаконы 75 см2 в количестве 0,5х106 для экспансии. Для образования 3D-системы (пеллета) использовали МСК 2-го или 3-го пассажей. МСК переносили в диф-ференцировочную среду: DMEM с 10 нг/мл TGFß3 или TGFß1, 100 нг/мл IGF1, 10-7 M дек-саметазона, 1% антибиотика центрифугировали при 250 g в течение 5 мин. и культивировали на протяжении 21 дня со сменой среды каждые 3-4 дня. Для получения монослоя МСК, индуцированных к хондрогенезу, клетки 2-го или 3-го пассажей культивировали в диф-ференцировочной среде в течение 7 суток.

Гистологическое окрашивание срезов клеточных пеллетов и монослоя клеток после хондродифференцировки красителями сафранином О, толуидиновым синим, альциановым синим и гематоксилин-эозином проводили для оценки синтеза клетками гликозаминогликонов внеклеточного матрикса.

Для конфокальной микроскопии МСК, срезов клеточного пеллета и монослоя клеток после хондродифференцировки выполняли иммунофлуоресцентное окрашивание образцов с первоначальной их пермеабилизацией 0,1% Triton X-100 в течение 30 мин., инкубацией с первичными антителами анти-Aggrecan G1-IGD-G2 (1:100) и анти-COL2A1 (1:50) в течение 2 часов при +4 °C, а затем со вторичными антителами Nothern Lihgt 637 (1:100) и AlexaFluor 488 (1:400) в течение часа. После отмывки ядра клеток окрашивали пропидиум йодидом и анализировали образцы на конфокальном сканирующем лазерном микроскопе Leica для оценки формы и размера ядер клеток, а также присутствия коллагена II типа и аггрекана внутри клеток и во внеклеточном матриксе.

Методом количественной ПЦР в реальном времени (RT-qPCR) определяли экспрессию генов, отвечающих за синтез коллагена I, II, X, XI типов, Sox9, хрящевого олигомерного белка матрикса (COMP) и аггрекана. Методом обратной транскрипции проводили синтез комплементарных цепочек ДНК, используя в качестве матрицы выделенную РНК, для чего 1 мкг РНК в концентрации 0,1 мкг/1 мкл воды денатурировали в течение 10 мин. при 70 °C. Затем аликвоту РНК, охлажденную на льду, вносили в смесь для обрат-

ной транскрипции (4 мкл 5-кратного буфера для обратной транскриптазы (Promega, США), 2 мкл 10 мМ смеси дезнуклеотидтрифосфатов, 1 мкл 50 мМ случайных праймеров (рэндом гексамеров) (Invitrogen, США), 0,5 мкл ингибитора рибону-клеаз в концентрации 40 ед/мкл, 1 мкл 200 ед/мкл обратной транскриптазы MMLV (Promega, США) и 1,5 мкл воды и инкубировали по программе: 200-10 минут, 420-45 минут, 990-3 минуты. 20 °C -10 мин., 42 °C - 45 мин., 99 °C - 3 мин. Разводили кДНК водой до конечного объема 50 мкл. В работе применяли праймеры к исследуемым генам коллагенов I (Сoll1), II (Сoll2), X (Сoll10), XI (Сoll11) типов, Sox9, COMP и аггрекан (Agg). В качестве контрольного гена использовали ABL и рассчитывали значение экспрессии как отношение к нему. Флуоресцентный краситель - SYBR Green. Приготовление реакционной смеси осуществляли с помощью набора QuantiTect SYBR Green PCR Kits (QIAGEN). ПЦР проводили как однокомпо-нентную реакцию (в каждой пробирке праймеры к одной мишени) со следующими условиями: 50 °C - 2 мин., 95 °C- 15 мин., 94 °C- 15 сек., 60 °C-30 сек., 72 °C- 30 сек. Анализ специфичности амплификации проверяли по кривым плавления.

Статистическая обработка данных проводилась с использованием программ Statistica 6 (StatSoft, США) и включала методы описательной статистики с определением медианы, 25 и 75 процентилей и методы анализа для непараметрического распределения: достоверность различий между независимыми выборками оценивали с помощью U-критерия Манна - Уитни, влияние фактора в выборке - парного теста Wilcoxon.

Рис. 1. Исследование коллагена II типа и аггрекана методом конфокальной микроскопии при хондродифференцировке МСК в Зй-системе: А - МСК до дифференцировки; клетки после направленной хондрогенной дифференцировки: Б - на 7-й день, В - на 21-й день. Обозначения псевдоцветов: зеленый - коллаген II типа, красный - аггрекан, синий - ядра клеток

Результаты исследования: Хондрогенная дифференцировка МСК в 3D-системе

Проведен сравнительный анализ влияния комбинации ростовых факторов TGF^/IGF, включающий различные изоформы TGF^l или TGF^3, на хондродифференцировку МСК. Исследование образцов методом конфокальной микроскопии на 7-е сутки индукции показало синтез коллагена II типа и аггрекана внутри клеток, в то время как на 21-е сутки - внеклеточную локализацию данных компонентов матрикса (рис. 1).

Синтез коллагена II типа и аггрекана был выявлен как при применении TGF^l/IGF, так и TGF^3/IGF (рис. 2 А-В). Результаты гистологической окраски композитов МСК, дифференцированных в хондрогенном направлении в течение 21 дня с ростовыми факторами, подтверждают синтез протеогликанов при окраске сафранином О (рис. 2 Г-Е), кислых гликозаминоглика-нов, окрашенных толуидиновым синим (рис. 2 Ж-И) и слабокислых сульфотированных гликоза-миногликанов при окраске альциановым синим (рис. 2 К-М), то есть компонентов внеклеточного матрикса хрящевой ткани. Не было установлено различий в интенсивности окраски в зависимости от используемого фактора. При окраске гематоксилин-эозиномом в клеточных композитах после дифференцировки с TGF^l/IGF или TGF^3/IGF выявлено присутствие клеток крупной, округлой формы с эозинофильной цитоплазмой, то есть морфологически подобных хондроб-ластам, и наличие небольшого количества эозино-фильного межклеточного вещества (рис. 2 Н-П).

Исследование методом ПЦР на 7-й день хон-дродифференцировки МСК в 3Б-культуре показало, что с использованием как TGF^l/IGF, так и TGF^3/IGF возрастает экспрессия гена Coll2 (p<0,05) по сравнению с изначальным уровнем в 30 и 20 раз соответственно (табл. 1).

Важно отметить, что в присутствии TGF^3/ IGF уровень экспрессии Sox9 достоверно увеличился более чем в 2 раза, Collll - более чем в 3 раза (p<0,05), что не наблюдалось с TGF^l/IGF. Также при культивировании клеток с TGF^3/IGF выявлена положительная корреляция между Со112 и Collll (R=0,9), а также Collll и Sox9 (R=0,8).

Экспрессия гена Colll0, маркера гипертрофии хондроцитов, при применении TGF^3/ IGF была достоверно ниже, чем при дифферен-цировке с TGF^l/IGF (p<0,05), тогда как коэф-

Рис.2. Окраска компонентов внеклеточного матрикса при дифференцировке МСК в ЭЭ-системе. Окрашивание методом конфокальной микроскопии: A - 0 день, Б - 21-й день при применении TGF01/IGF, B - 21-й день при TGF03/ IGF (обозначения псевдоцветов: зеленый - коллаген II типа, красный - аггрекан, синий - ядра клеток). Гистологическое окрашивание сафранином О: Г - 0 день, Д - 21-й день при TGFpi/IGF, Е - 21-й день при TGF03/IGF; окрашивание толуидиновым синим: Ж - 0 день, З - 21-й при применении TGFpi/IGF, И - 21-й день при TGF03/IGF; окрашивание альциановым синим: К - 0 день, Л - 21-й день при TGFP1/ IGF, М - 21-й день при TGF03/IGF; окра-шивание клеточных композитов гематоксилин-эозином: Н - 0 день, O - 21-й день при TGFP1/IGF, П - 21-й день при TGF03/IGF

фициент соотношения Coll2/Colll0, наоборот, выше (p<0,05), то есть TGF^3/IGF инги-бирует гипертрофию клеток (табл. 1).

Наблюдалось снижение экспрессии Colll при использовании как TGF^l/IGF, так и TGF^3/IGF в l7 и l4 раз соответственно (p<0,05). Обе комбинации приводили к увеличению соотношения Coll2/Colll более чем в 400 раз (p<0,05), что можно рассматривать как подтверждение ста-

0 день 7-й день TGF1/IGF p 7-й день TGF3/IGF p

Coll2 0,000i (0,00005-0,0005) 0,00i7 (0,00i-0,0036)* p<0,05 0,00i7 (0,00i-0,0043)* p<0,05

Sox9 0,29 (0,25-0,40) 0,63(0,33-i,06) 0,87 (0,39-i,52)* p<0,05

Colli 600,49 (342,5i-955,43) 26,i6 (i2,45-52,3i)* p<0,05 37,79 (20,39-53,82)* p<0,05

Colli 0 0,00i3 (0,0005-0,0i) 0,032 (0,006-0,i4) 0,003(0,00i-0,0i)

Collii 0,0i (0,008-0,037) 0,04(0,0i-0,07) 0,08 (0,03-0,i3)* p<0,05

Coll2/ Colli 0,i3 (0,06-i,i7)xi0-6 90,44 (33,85-i59,2i)xi0-6 * p<0,05 58,96 (27,6i-256,87) xi0-6* p<0,05

Coll2/ ColliO 0,07 (0,03-0,i7) 0,04 (0,0i-0,4i) 0,77 (0,40-i,47)* p<0,05

Таблица 1. Экспрессия генов хондрогенной дифференцировки МСК методом количественной ПЦР в реальном времени в ЭЭ-системе (N=17). * достоверность различий р<0,05

бильности хондродифференцировки, так как в процессе хондрогенеза проходит замещение коллагена I типа на коллаген II типа [19] (табл. 1).

Методом ПЦР на 21-й день дифференцировки в 3Б-системе установлено, что при использовании ТСБ^/ЮБ и ТСБрэ/ЮБ уровень экспрессии генов соответственно составлял: Со112-0,0015 (0,001-0,004) и 0,0004 (0,0002-0,001), Со111-42,22 (15,03-115,36) и 27,02 (10,27-80,45), Со1110-0,04 (0,003-0,20) и 0,02 (0,0005-1,17), Со1111-0,06 (0,020,19) и 0,04 (0,01-0,07) и достоверно не отличался от экспрессии аналогичных генов на 7-й день. Исключением являлся 8ох9, экспрессия которого достоверно росла к 21 дню и достигала 1,25 (0,79-2,28) при культивировании с ТСБ^/ЮБ и 0,96 (0,47-1,95) - с ТСБ|33/ЮР. Отмечена корреляция между 8ох9 и Со112 (Я=0,7) при ТСБ^/ЮБ.

На 21-й день культивирования с ТСБ^/ЮБ наблюдалась корреляция между уровнями экспрессии Со112 и Со111 (Я=0,9), которая не отмеча-

0 день 7 день p

Coll2 0,0001(0,00004-0,0001) 0,003(0,0004-0,83)* р<0,05

Colli 614,30(115,50-652,58) 150,50(1,17-667,75)

Collii 0,01 (0,008-0,02) 0,04 (0,01-0,33)* р<0,05

Sox9 0,25 (0,25-0,84) 0,33 (0,15-0,60)

ColliO 0,001(0,0002-0,003) 0,002(0,0007-0,02)

Agg 0,90 (0,90-1,99) 0,64 (0,38-1,69)

COMP 0,85 (0,26-1,47) 2,50 (0,27-9,89)

Coll2/Coll 10 0,04 (0,03-0,68) 3,46 (0,52-32,43)* р<0,05

Coll2/Coll 1 0,2(0,06-2,73)x10-6 22,3 (0,53-824421,6)x10-6* р<0,05

Coll 2/Agg 0,00004(0,00004-0,0002) 0,002 (0,001-1,79) * р<0,05

Таблица2. Экспрессия генов хондрогенной дифференцировки методом количественной ПЦР в реальном времени в 2Э-системе (N=13). * достоверность различий p<0,05

лась ранее, что можно объяснить первоначальным ростом Coll2 (вплоть до 7 суток) и последующим падением экспрессии этого гена при длительной хондродифференцировке клеток, совпадающим с постоянным снижением экспрессии Colli. Отмечена положительная зависимость между экспрессией Sox9 и Collii (R=0,9) и отрицательная корреляция между Collii и ColliO (R= -0,9).

Хондрогенная дифференцировка МСК в 2й-системе в присутствии TGFß/IGF

Методом конфокальной микроскопии после 7 суток хондродифференцировки МСК в монослое с TGFß/IGF выявлен положительный синтез клетками коллагена II типа и аггрекана с преимущественной локализацией данных компонентов вну-триклеточно (рис. 3 А, Б). Гистологическая окраска толуидиновым синим подтвердила синтез клетками протеогликанов (рис. 3 В, Г). Активацию хондрогенной программы в МСК подтверждает и изменение морфологии клеток. Так, на 2-4-й день дифферен-цировки заметна трансформация характерной для МСК веретенообразной формы на более округлую, сферическую или, как ее часто описывают в литературе, «булыжникоподобную» (рис. 3 В, Г) [20-24].

На 7 день хондродифференцировки в монос-лойной культуре выявлено увеличение экспрессии гена Coll2 в i0 раз и Collii в 3 раза (р<0,05), в 95% случаев отмечено снижение Colli^^^). Не продемонстрированны достоверные изменения для генов Sox9, Colli0, Agg, COMP (табл. 2).

На 7-е сутки индукции хондрогенеза в монослое МСК, как и при дифференцировке в 3Б-си-стеме, наблюдалось достоверное увеличение соотношений экспрессии Coll2/Colli0 (р<0,05) и Coll2/ Colli. Кроме того, соотношение Coll2/Agg увеличивалось более чем в 40 раз (р<0,05), что под-

Рис.3. Исследование накопления компонентов матрикса при хондродифференцировке МСК в монослойной культуре в течение 7 суток. Анализ методом конфокальной микроскопии: А - МСК до дифференцировки, Б - 7-й день дифференцировки; обозначения псевдоцветов: зеленый -коллаген тип II, синий - аггрекан, красный - ядра клеток. Гистологическая окраска толуидиновым синим: В - МСК до дифференцировки, Г - 7-й день дифференцировки

тверждает активный процесс индукции МСК в хондрогенном направлении, так как для успешной хондродифференцировки на ранних стадиях синтез коллагенов должен идти более интенсивно, чем синтез протеогликанов [25].

Заключение

Нами установлено, что комбинация ростовых факторов TGF^/IGF уже на 7-е сутки индуцировала хондродифференцировку МСК при культивировании как в 2D, так и в 3Б-системе, поскольку в обоих случаях происходил рост экспрессии гена Coll2, синтез коллагена II типа и аггрекана внутриклеточно, снижение экспрессии Colll, увеличение соотношения Coll2/Colll, а в 2D-системе и Coll2/Agg. Реализация хон-дрогенной программы in vitro подтверждалась и изменением морфологии клеток с характерной для МСК веретенообразной на «булыжни-коподобную». Отсутствие статистически достоверных различий в экспрессии генов (за исключением Sox9) на 7-е и 2Ье сутки дифференци-ровки, а также падение экспрессии Coll2 к 2l дню является аргументом против продолжительной дифференцировки и позволяет сократить время воздействия TGF^/IGF на МСК до 7 суток.

Применение коктейля TGF^3/IGF для индукции хондродифференцировки МСК имело преи-

мущество, так как в его присутствии в 3D-системе на 7-й день в клетках достоверно увеличивалась экспрессия генов Sox9 более чем в 2 раза и Collll -более чем в 3 раза (p<0,05), что не наблюдалось при воздействии на МСК TGF^l/IGF. Кроме того, TGF^3/IGF сильнее ингибировал процесс гипертрофии при хондрогенезе in vitro, так как уровень экспрессии гена Colll0 был достоверно ниже, а соотношение Coll2/l0 - выше при его использовании, чем в присутствии TGFpl/IGF..

■ Summary. The authors studied the influence of the combination of TGFp and IGF growth factors, as well as the differentiation time, on the induction of MSC chondrogenesis in vitro. It is proved that MSCs located in 2D and 3D systems, when exposed to TGFp/ IGF, showed the signs of early chondro-blast-like cells in 7 days. The TGFp/ IGF used for the induction of MSCs is more preferred, because it results in a more pronounced hypertrophic-sup-pression effect. The absence of significant differences in gene expression (excepting Sox9) on the 7th and 21st days of chondrogenic differentiation allows the process to be reduced in vitro to 7 days.

■ Keywords: mesenchymal stem cells, chondrogenic differentiation, 2D cell culture systems, 3D cell culture systems.

■ https://doi.org/10.29235/1818-9857-2021-2-78-83

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Zhong L. [et al.]. The Regulatory Role of Signaling Crosstalkin Hypertrophy of MSCs and Human Articular Chondrocytes // Int J Mol Sci. 2015. Vol.16(8). P. 19225-19247.

2. Dahlin R.L. [et al.]. TGF-ß3-induced chondrogenesis in co-cultures of chon-drocytes and mesenchymal stem cells on biodegradable scaffolds // Biomateri-als. 2014. Vol. 35(1). P. 123-132.

3. Mackie E.J. [et al.].Endochondral ossification: How cartilage is converted into bone in the developing skeleton // Int J Biochem Cell Biol.2008. Vol.40. P. 46-62.

4. Augustyniak E. [et al.]. The role of growth factors in stem cell-directed chondrogenesis: a real hope for damaged cartilage regeneration // International Orthopaedics (SICOT). 2015.D0110.1007/s00264-014-2619-0.

5. Goldring M.B. Chondrogenesis, chondrocyte differentiation, and articular car-tilage metabolism in health and osteoarthritis // Ther Adv Musculoskel Dis. 2012. Vol.4(4). P. 269-285.

6. Dong S. [et al.]. Micro RNAs regulate osteogenesis and chondrogenesis // Bio-chem Biophys Res Commun. 2012. Vol.418. P. 587-591.

7. Sekiya I. [et al.].In vitro cartilage formation by human adult stem cells from bone marrow stroma defines the sequence of cellular and molecular events dur-ing chondrogenesis // Proc Natl Acad Sci. 2002. Vol.99. P. 4397-4402.

8. Rodrigo A. [et al.]. Chondrogenic Differentiation of Mesenchymal Stem Cells: Challenges and Unfulfilled Expectations // Tissue Eng Part B Rev. 2014. Vol.20 (6). P. 596-608.

9. Danisovic L. [et al.]. Growth factors and chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells // Tissue and Cell. 2012. Vol.44. Р. 69-73.

10. Indrawattana N. [et al.]. Growth factor combination for chondrogenic induc-tion from human mesenchymal stem cell // Biochem Biophys Res Commun. 2004. Vol.320. Р. 914-919.

Полный список использованных источников размещен Г-ЛДДЖ http://innosfera.by/2021/02/stem_cells

Статья поступила в редакцию 26.03.2020 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.