МЕХАНИЗМЫ МИГРАЦИИ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК И ВОЗМОЖНЫЕ СТРАТЕГИИ ИХ УЛУЧШЕНИЯ

  • Родион Владимирович Кораблев Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет. 194100, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ул. Литовская, д. 2 https://orcid.org/0009-0004-5754-8437
  • Андрей Глебович Васильев Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет. 194100, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ул. Литовская, д. 2
  • Наталья Игоревна Тапильская Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта. 199034, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация, Менделеевская линия, 3
  • Юлиан Рэммович Рыжов Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта. 199034, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация, Менделеевская линия, 3
  • Заур Келбялиевич Эмиргаев Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет. 194100, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ул. Литовская, д. 2
  • Сарнг Саналович Пюрвеев Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет. 194100, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ул. Литовская, д. 2
  • Татьяна Викторовна Брус Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет. 194100, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ул. Литовская, д. 2
  • Юлия Александровна Таминкина Институт экспериментальной медицины. 197022, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация, ул. Академика Павлова, 12
  • Анна Алексеевна Прохорычева Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет. 194100, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ул. Литовская, д. 2
Ключевые слова: мезенхимальные стволовые клетки, регенерация тканей, клеточная терапия, миграция

Аннотация

В последние десятилетия накапливается все больше данных о механизмах обновления и регенерации тканей, которые были бы невозможны без участия стволовых клеток. Доказано, что данные процессы во многих тканях осуществляются за счет тканеспецифичных стволовых клеток (ТСК), однако их получение, культивация и введение с терапевтической целью крайне затруднительны. Наряду с этим наибольший интерес представляют мезенхимальные стволовые клетки (МСК), которые, благодаря возможности их выделения, экспансии и мультипотентности, являются многообещающим терапевтическим агентом, уже доказавшим свою клиническую эффективность при различных нозологиях, в том числе в вопросах тканевой инженерии. Одной из особенностей МСК, введенных системно, является способность находить нишу в пораженной ткани и оставаться в ней, оказывая существенное влияние на воспаление, процессы ремоделирования ткани и ее регенеративный потенциал. Однако механизмы дифференцировки и миграции МСК, а также факторы, влияющие на эти процессы, раскрыты не полностью. В данном обзоре обобщены современные данные о механизмах миграции МСК и возможных путях ее улучшения.

Литература

Григорян А.С., Кругляков П.В., Таминкина Ю.А., Полын-

цев Д.Г. Зависимость пролиферации мультипотентных мезенхималыных стромальных клеток от характеристик доноров. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2009; 6(2): 70–5.

Жидкова О.В., Андреева Е.Р., Буравкова Л.Б. Эндотелиальные клетки модулируют дифференцировочный потенциал и подвижность мезенхимных стромальных клеток. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2018; 1: 15–9.

Шаманская Т.В., Осипова Е.Ю., Пурбуева Б.Б. и др. Культивирование мезенхимальных стволовых клеток Ex vivo в различных питательных средах (обзор литературы и собственный опыт). Онкогематология. 2010; (3): 65–71.

Шахпазян Н.К., Астрелина Т.А., Яковлева М.В. Мезенхимальные стволовые клетки из различных тканей человека: биологические свойства, оценка качества и безопасности для клинического применения. Гены и клетки. 2012; 1: 28–33.

Annabi B., Lee Y.T., Turcotte S. et al. Hypoxia promotes murine bone-marrow-derived stromal cell migration and tube formation. Stem Cells. 2003; 21(3): 337–47.

Arbab A.S., Jordan E.K., Wilson L.B. et al. In vivo trafficking and targeted delivery of magnetically labeled stem cells. Hum Gene Ther. 2004; 15(4): 351–60.

Bailey A.M., Lawrence M.B., Shang H. et al. Agent-based model of the­rapeutic adipose-derived stromal cell trafficking during ischemia predicts ability to roll on P-selectin. PLoS Comput. Biol. 2009; 5: e1000294.

Belema-Bedada F., Uchida S., Martire A. et al. Efficient homing of multipotent adult mesenchymal stem cells depends on FROUNT-mediated clustering of CCR2. Cell Stem Cell. 2008; 2(6): 566–75.

Bi L.K., Zhou N., Liu C. et al. Kidney cancer cells secrete IL-8 to activate Akt and promote migration of mesenchymal stem cells. Urol Oncol. 2014; 32(5): 607–12.

Bobis-Wozowicz S., Miekus K., Wybieralska E. et al. Genetically modi­fied adipose tissue-derived mesenchymal stem cells overexpressing CXCR4 display increased motility, invasiveness, and homing to bone marrow of NOD/SCID mice. Exp. Hematol. 2011; 39: 686–96.

Caplan A.I. Cell-Based Therapies: The Nonresponder. Stem Cells Transl Med. 2018; 7(11): 762–6.

Caplan A.I., Haynesworth S.E. Human Mesenchymal Stem Cells. US Patent 5,486,359, Issue date January 23, 1996.

Cohnheim J. Ueber entzündung und eiterung Arch. Für Pathol. Anat. Und Physiol. Und Für Klin. Med. 1867; 40: 1–79.

De Becker A., van Hummelen P., Bakkus M. et al. Migration of culture-expanded human mesenchymal stem cells through bone marrow endothelium is regulated by matrix metalloproteinase-2 and tissue inhibitor of metalloproteinase-3. Haematologica. 2007; 92: 440–9.

Devine S.M., Cobbs C., Jennings M. et al. Mesenchymal stem cells distribute to a wide range of tissues following systemic infusion into nonhuman primates. Blood. 2003; 101: 2999–3001.

Friedenstein A.J., Chailakhjan R.K., Lalykina K.S. The development of fibroblast colonies in monolayer cultures of guinea-pig bone marrow and spleen cells. Cell Tissue Kinet. 1970; 3: 393–403.

Friedenstein A.J., Chailakhyan R.K., Latsinik N.V. et al. Stromal cells responsible for transferring the microenvironment of the hemopoietic tissues. Cloning in vitro and retransplantation in vivo. Transplantation. 1974; 17: 331–40.

Gao J., Dennis J.E., Muzic R.F. et al. The dynamic in vivo distribution of bone marrow-derived mesenchymal stem cells after infusion. Cells Tissues Organs. 2001; 169(1): 12–20.

Gao P., Zhou Y., Xian L. et al. Functional effects of TGF-β1 on mesenchymal stem cell mobilization in cockroach allergen-induced asthma. J Immunol. 2014; 192(10): 4560–70.

Götherström C., Walther-Jallow L. Stem Cell Therapy as a Treatment for Osteogenesis Imperfecta. Curr Osteoporos Rep. 2020; 18: 337–43.

Haynesworth S.E., Barer M.A., Caplan A.I. Cell surface antigens on human marrow-derived mesenchymal cells are detected by monoclonal antibodies Bone. 1992.

Honczarenko M., Le Y., Swierkowski M. et al. Human bone marrow stromal cells express a distinct set of biologically functional chemokine receptors. Stem Cells. 2006; 24: 1030–41.

Huang B., Qian J., Ma J. et al. Myocardial transfection of hypo­xia-inducible factor-1α and co-transplantation of mesenchymal stem cells enhance cardiac repair in rats with experimental myocardial infarction. Stem Cell Res Ther. 2014; 5(1): 22.

Ip J.E., Wu Y.J., Huang J. et al. Mesenchymal stem cells use integrin beta 1 not CXC chemokine receptor 4 for myocardial migration and engraftment. Mol. Biol. Cell. 2007; 18: 2873–82.

Jeong H., Yim H.W., Park H.J. et al. Mesenchymal Stem Cell The­rapy for Ischemic Heart Disease: Systematic Review and Meta-analysis. Int J Stem Cells. 2018; 11(1): 1–12.

Kanelidis A.J., Premer C., Lopez J. et al. Route of Delivery Modulates the Efficacy of Mesenchymal Stem Cell Therapy for Myocardial Infarction: A Meta-Analysis of Preclinical Studies and Clinical Trials. Circ Res. 2017; 120(7): 1139–50.

Kim Y.S., Noh M.Y., Kim J.Y. et al. Direct GSK-3β inhibition enhan­ces mesenchymal stromal cell migration by increasing expression of β-PIX and CXCR4. Mol Neurobiol. 2013; 47(2): 811–20.

Krampera M., Pasini A., Rigo A. et al. HB-EGF/HER-1 signaling in bone marrow mesenchymal stem cells: inducing cell expansion and reversibly preventing multilineage differentiation. Blood. 2005; 106: 59–66.

Kumar S., Ponnazhagan S. Bone homing of mesenchymal stem cells by ectopic alpha 4 integrin expression. FASEB J. 2007; 21: 3917–27.

Lau T.T., Wang D.A. Stromal cell-derived factor-1 (SDF-1): ho­ming factor for engineered regenerative medicine. Expert Opin. Biol. Ther. 2011; 11: 189–97.

Li Q., Zhang A., Tao C. et al. The role of SDF-1-CXCR4/CXCR7 axis in biological behaviors of adipose tissue-derived mesenchymal stem cells in vitro. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2013; 441: 675–80.

Li Y., Yu X., Lin S. et al. Insulin-like growth factor 1 enhances the migratory capacity of mesenchymal stem cells. Biochem Biophys Res Commun. 2007; 356(3): 780–4.

Ling L., Gu S., Cheng Y., Ding L. bFGF promotes Sca-1+ cardiac stem cell migration through activation of the PI3K/Akt pathway. Mol. Med. Rep. 2018; 17: 2349–56.

Marquez-Curtis L.A., Janowska-Wieczorek A. Enhancing the migration ability of mesenchymal stromal cells by targeting the SDF-1/CXCR4 axis. Biomed Res Int. 2013; 561098.

McIntyre L.A., Moher D., Fergusson D.A. et al. Canadian Critical Care Translational Biology Group. Efficacy of Mesenchymal Stromal Cell Therapy for Acute Lung Injury in Preclinical Animal Models: A Systematic Review. PLoS One. 2016; 11(1): e0147170.

Peng Q., Alipour H., Porsborg S. et al. Evolution of ASC immunophenotypical subsets during expansion in vitro. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(4): 1408.

Peng W., Sun J., Sheng C. et al. Systematic review and meta-analysis of efficacy of mesenchymal stem cells on locomotor recovery in animal models of traumatic brain injury. Stem Cell Res Ther. 2015; 6(1): 47.

Ponte A.L., Marais E., Gallay N. et al. The in vitro migration capa­city of human bone marrow mesenchymal stem cells: comparison of chemokine and growth factor chemotactic activities. Stem Cells. 2007; 25(7): 1737–45.

Ran L.J., Zeng Y., Wang S.C. et al. Effect of co‑culture with amniotic epithelial cells on the biological characteristics of amniotic mesenchymal stem cells. Mol Med Rep. 2018; 18(1): 723–32.

Ries C., Egea V., Karow M. et al. MMP-2, MT1-MMP, and TIMP-2 are essential for the invasive capacity of human mesenchymal stem cells: differential regulation by inflammatory cytokines. Blood. 2007; 109: 4055–63.

Rojewski M.T., Weber B.M., Schrezenmeier H. Phenotypic Characterization of Mesenchymal Stem Cells from Various Tissues. Transfus Med Hemother. 2008; 35(3): 168–84.

Ruster B., Gottig S., Ludwig R.J. et al. Mesenchymal stem cells display coordinated rolling and adhesion behavior on endothelial cells. Blood. 2006; 108: 3938–44.

Sackstein R., Merzaban J.S., Cain D.W. et al. Ex vivo glycan engineering of CD44 programs human multipotent mesenchymal stromal cell trafficking to bone. Nat. Med. 2008; 14: 181–7.

Scarfe L., Taylor A., Sharkey J. et al. Non-invasive imaging reveals conditions that impact distribution and persistence of cells after in vivo administration. Stem Cell Res Ther. 2018; 9(1): 332.

Schmidt A., Ladage D., Schinköthe T. et al. Basic fibroblast growth factor controls migration in human mesenchymal stem cells. Stem Cells. 2010; 24: 1750–8.

Shi M., Li J., Liao L. et al. Regulation of CXCR4 expression in human mesenchymal stem cells by cytokine treatment: role in homing efficiency in NOD/SCID mice. Haematologica. 2007; 92(7): 897–904.

Steingen C., Brenig F., Baumgartner L. et al. Characterization of key mechanisms in transmigration and invasion of mesenchymal stem cells. J. Mol. Cell Cardiol. 2008; 44: 1072–84.

Strioga M., Viswanathan S., Darinskas A. et al. Same or not the same? Comparison of adipose tissue-derived versus bone marrow-derived mesenchymal stem and stromal cells. Stem Cells Dev. 2012; 21(14): 2724–52.

Suila H., Hirvonen T., Kotovuori A. et al. Human umbilical cord blood-derived mesenchymal stromal cells display a novel interaction between P-selectin and galectin-1. Scand. J. Immunol. 2014; 80: 12–21.

Tang J.M., Wang J.N., Zhang L. et al. VEGF/SDF-1 promotes cardiac stem cell mobilization and myocardial repair in the infarcted heart. Cardiovasc Res. 2011; 91(3): 402–11.

Valorani M.G., Montelatici E., Germani A. et al. Pre-culturing human adipose tissue mesenchymal stem cells under hypoxia increases their adipogenic and osteogenic differentiation potentials. Cell Prolif. 2012; 45(3): 225–38.

Viswanathan S., Shi Y., Galipeau J. et al. Mesenchymal stem versus stromal cells: International Society for Cell & Gene Therapy (ISCT®) mesenchymal stromal cell committee position statement on nomenclature. Cytotherapy. 2019; 21: 1019–24.

Von Lüttichau I., Notohamiprodjo M., Wechselberger A. et al.

Human adult CD34− progenitor cells functionally express

the chemokine receptors CCR1, CCR4, CCR7, CXCR5, and CCR10 but not CXCR4. Stem Cells and Development. 2005; 14(3): 329–36.

Vu Q., Xie K., Eckert M. et al. Meta-analysis of preclinical studies of mesenchymal stromal cells for ischemic stroke. Neurology. 2014; 82(14): 1277–86.

Wagner W., Horn P., Castoldi M. Replicative senescence of mesenchymal stem cells: a continuous and organized process. PLoS One. 2008; 3(5): 2213.

Williams A.R., Trachtenberg B., Velazquez D.L. et al. Intramyocardial stem cell injection in patients with ischemic cardiomyopathy: functional recovery and reverse remodeling. Circ Res. 2011; 108(7): 792–6.

Xinaris C., Morigi M., Benedetti V. et al. A novel strategy to enhance mesenchymal stem cell migration capacity and promote tissue repair in an injury specific fashion. Cell Transplant. 2013; 22(3): 423–36.

Yanai A., Häfeli U.O., Metcalfe A.L. et al. Focused magnetic stem cell targeting to the retina using superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Cell Transplant. 2012; 21(6): 1137–48.

Yun W.S., Choi J.S., Ju H.M. et al. Enhanced Homing Technique of Mesenchymal Stem Cells Using Iron Oxide Nanoparticles by Magnetic Attraction in Olfactory-Injured Mouse Models. Int J Mol Sci. 2018; 19(5): 1376.

Zhang S.J., Song X.Y., He M., Yu S.B. Effect of TGF-β1/SDF-1/CXCR4 signal on BM-MSCs homing in rat heart of ischemia/perfusion injury. Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci. 2016; 20: 899–905.

Zhuang Y., Chen X., Xu M. et al. Chemokine stromal cell-derived factor 1/CXCL12 increases homing of mesenchymal stem cells to injured myocardium and neovascularization following myocardial infarction. Chin Med J (Engl). 2009; 122(2): 183–7.

Опубликован
2024-05-15
Как цитировать
Кораблев, Р. В., Васильев, А. Г., Тапильская, Н. И., Рыжов, Ю. Р., Эмиргаев, З. К., Пюрвеев, С. С., Брус, Т. В., Таминкина, Ю. А., & Прохорычева, А. А. (2024). МЕХАНИЗМЫ МИГРАЦИИ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК И ВОЗМОЖНЫЕ СТРАТЕГИИ ИХ УЛУЧШЕНИЯ. Russian Biomedical Research (Российские биомедицинские исследования), 8(4), 45-53. https://doi.org/10.56871/RBR.2023.12.54.006
Раздел
Статьи

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)