Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки

 

При лечении животных с  травми сухожилий применяют ауто-логичные ММСК, полученные как из костного мозга, так и из жировой ткани. В обоих случаях их культивируют в питательной среде. Так же существует метод введения фракции ядросодержащих клеток, полученных из жировой ткани [22].

 

Полученные на сегодня  данные, свидетельствуют о хороших  отдаленных результатах лечения. Пацини и др.указывают на 90%-е выздоровление у 10-ти лошадей с травмой сухожилия ПСП, что позволило им вернулись к полным нагрузкам, и повторные травмы отсутствовали в течение 2-х лет. В то время, как лошади контрольной группы были повторно травмированы в течение 7-ми месяцев. В другом случае 54 лошади были пролечены с применением ММСК, 80% их них вернулись полным рабочим нагрузкам [7].

 

В ветеринарной ортопедической практике возрастает число животных с заболеваниями суставов. Они  чаще всего являются причинами хромоты. Дегенеративные формы артритов составляют приблизительно одну треть причин, вызывающих хромоту у лошадей, наиболее часто встречающимися являются остеоартрозы [3]. Вместе с тем, этиология возникновения ОА до сих пор до конца не выяснена. Считают, что они могут быть вызваны травмами, возрастными изменениями, генетическими и другими факторами риска.

 

Доказано, что ММСК, обработанные бета-трансформирующим фактором роста, способны к хондрогенной дифференциации, выработке коллагена типа 2 и протеогликанов - основных факторов, необходимых для восстановления хрящевой ткани [2, 6]. Более того, гиалуроновая кислота и аутологичная синовиальная жидкость вызывают хондрогенез и производство коллагена тип 2 мультипо-тентными мезенхимальными стромальными клетками лошадей. В эксперименте было показано, что ММСК, полученные из мышечной ткани и измененные для продуцирования ВМР-4 (костно-морфогенный протеин-4), были смешаны с фибриносодержащим клеем и имплантированы в дефект гиалинового хряща. Результаты показали значительное улучшение структурно-функционального состояния хрящевой ткани через 24 недели. Это дало возможность утверждать, что ММСК могут быть использованы при лечении ос-теоартрозов.

 

Существующие методы лечебной коррекции животных с артро-патиями подразумевают под собой как внутрисуставную инъекцию или артроскопическое введение как дифференцированных, так и недифференцинованных МСК. Феррис и др.[23] показал эффективность лечения ММСК-КМ 40 лошадей со спонтанными заболеваниями суставов, 72% животных вернулись к полноценным нагрузкам, при этом половина пациентов была способна выдержать нагрузки, превышающие те, которые были до возникновения заболевания. В исследованиях на собаках [7, 8], большой группе с животных с ОА плечевого и тазобедренного суставов были инъецированы недифференцированные клетки, полученные из жировой ткани. Наблюдение в течение 180-ти дней показало значительное улучшение в состоянии собак, что выражалось в уменьшении или полном исчезновении хромоты и улучшении качества жизни животных.

 

ММСК, полученные из разных тканей, как у человека, так и у животных доказали свою способность к дифференциации в клетки костной ткани при  культивировании их в присутствии  дексаметазо-на, аскорбиновой кислоты и глицерофосфата in vitro [26]. ММСК-КМ являются наиболее часто используемыми при изучении регенерации костей у различных видов животных [22].

 

Исследования в этом направлении  идут, в основном, по пути использования  искусственных или естественных (коралловых) им-плантов, выдержанных в среде мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток [11]. В периоде от 8-ми до 24-х недель рентгенографические и 3D КТ исследования показали более полноценный остеогенез в присутствии импланта с ММСК, по сравнению с "чистым" имплантом.

 

МкДюффи, Гардел и др. [24] инъецировали ММСК, предварительно дифференцированные в остеобласты, непосредственно в область перелома костей у собак и лошадей. Остеогенный эффект от введения таких клеток был подтвержден повышенной активностью щелочной фосфатазы сыворотки крови в первые 2 недели после инъекции клеток, а также полноценной остеорегенерацией. Основываясь на этих результатах можно сказать, что инъекция ММСК в область перелома может с успехом применяться как дополнительный метод терапии в целях ускорения лечения животных с переломами длинных трубчатых костей.

 

Кловас и др. [16] предложили использовать инъекцию ММСК-КМ как малоинвазивную терапию при лечении животных с болезнью Пертеса у собак. Перед введением клетки были помещены в фибриносодержащий клей. У 9-ти из 11-ти собак признаки улучшения состояния было зарегистрировано через 3-4 недели после инъекции. Это выражалось в уменьшении болевого синдрома и постепенного переноса массы тела на больную конечность, с последующим исчезновением признаков заболевания. В двух других случаях была выполнена резекция головки бедренной кости, поскольку выздоровление проходило медленно. Гистологическое и им-муногистохимические исследования показали образование новой хрящевой ткани и субхондральной кости.

 

Спинальные травмы - одна из проблем, встречающаяся у собак  и кошек, 1-2% таких патологий вызваны  деструкцией межпозвонковых дисков. Существуют и другие причины, связанные  с компрессией, разрывами или  другими травмами спинного мозга [19].

 

В результате спинальных травм  происходит обширная гибель олигодендроцитов мозговой ткани с последующим апоптозом клеток. Это означает, что восстановление потерянного миелина за счет эндогенных олигодендроцитов невозможно. Поэтому трансплантация клеток, способных дифференцироваться в олигодендроциты, может быть одним из методов замещения утраченного миелина. Было доказано, что ММСК, имплантированные в место повреждения спинного мозга, не только дифференцируются в астроциты и олигодендроциты, но и восстанавливают поврежденные аксоны [19]. ММСК, полученные из разных тканей, способны мигрировать в место повреждения мозга или спинного мозга и там подвергаются дифференцировке.

 

Адель и Габр [1] отмечают значительное улучшение стато-локомоторного акта у 6-ти собак со спинальными травмами, после введения ММСК в оболочку спинного мозга. Для сравнения была взята контрольная группа, которой проводили обычную терапию.

 

При спинальных травмах предпочтительнее использовать ММСК, полученные из пуповинной крови, так как, в сравнении с  костным мозгом, она содержит больше клеток-предшественников, которые плюрипотентны  и генетически изменчивы. При  лечении собак с параплегией  и отрицательным прогнозом на восстановление подвижности конечностей, после инъекции ММСК-ПК моторная функция  конечностей начала появляться через 2 недели.

 

Одной из актуальных проблем  современной ветеринарной медицины являются неизлечимые болезни печени у собак. Исследования, проведенные  Арендсом и др. [4], показали, что репаративный гепатогенез может быть стимулировано инъекциями клеток-предшественников в пораженную печень или путем стимуляции эндогенных клеток-предшественников. Клеточная терапия при лечении животных со спонтанными заболеваниями печени у собак, вызывает большой интерес специалистов медицины человека, поскольку эти патологии имеют общие закономерности и проявления [5].

 

Одной из причин для использования  костного мозга, при лечении патологий  печени является то, что в его  составе находятся звезчатые клетки печени и миофибробласты, которые являются мезенхимальными стромальными клетками. Основываясь на этих данных, существует гипотеза, согласно которой регенерация гепа-тоцитов и улучшение функции печени могут быть достигнуты путем введения ММСК костного мозга.

 

Основываясь на вышесказанном, можно утверждать, что клеточно-регенеративная терапия становится реальностью  в клинической практике ветеринарных врачей, но при ее внедрении остается много вопросов. Один из основных - это  количество клеток, необходимое для  введения при различных патологиях для достижения оптимального результата. Также, необходимо ответить на вопрос взаимодействуют ли ММСК непосредственно  с поврежденными тканями, что  вызывает регенерацию или они  задействуют для этого собственные  клетки соответствующих тканей [25]. Может быть, ММСК в большей степени  синтезируют и секретируют локальные  факторы роста, которые в свою очередь обеспечивают восстановление поврежденных органов и тканей [25]. Также не подлежит сомнению, что  применение мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток, полученных из разных источников, должно соответствовать каждому клиническому случаю.

 

Таким образом, проведенный  анализ литературы позволяет заключить, что применение мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в ветеринарной медицине является перспективным направлением лечения многих патологий животных.

 

Список литературы

 

Adel N, Gabr H (2007) Stem cell therapy of acute spinal cord injury in dogs. Third World Congress of Renerative Medicine. Regen Med 2(5):523, Ref Type: Conference Proceeding.

Agung M, Ochi M, Yanada S, Adachi N, Izuta Y, Yamasaki T, Toda K (2006) Mobilization of bone marrow-derived mesenchymal stem cells into the injured tissues after intraarticular injection and their contribution to tissue regeneration. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 14:1307-1314

Arends B, Vankelecom H, Vander BS, Roskams T, Penning LC, Rothuizen J, Spee B (2009) The dog liver contains a "side population" of cells with hepatic progenitor-like characteristics. Stem Cells Dev 18:343-350

Barry FP, Murphy JM (2004) Mesenchymal stem cells: clinical applications and biological characterization. Int J Biochem Cell Biol 36:568-584

Black LL, Gaynor J, Gahring D, Adams C, Aron D, Harman S, Gingerich DA, Harman R (2007) Effect of adipose-derived mesenchymal stem and regenerative cells on lameness in dogs with chronic osteoarthritis of the coxofemoral joints: a randomized, double-blinded, multicenter, controlled trial. Vet Ther 8(4):272-284

Black LL, Gaynor J, Adams C, Dhupa S, Sams AE, Taylor R, Harman S, Gingerich DA, Harman R (2008) Effect of intraarticular injection of autologous adipose-derived mesenchymal stem and regenerative cells on clinical signs of chronic osteoarthritis of the elbow joint in dogs. Vet Ther 9(3):192-200

Brehm W (2008) Equine mesenchymal stem cells for the treatment of tendinous lesions in the horse - cellular, clinical and histologic features. In: International Bone-Tissue-Engineering Congress. bone-tec, 2008. Ref Type: Conference Proceeding

Bruder SP, Kraus KH, Goldberg VM, Kadiyala S (1998) The effect of implants loaded with autologous mesenchymal stem cells on the healing of canine segmental bone defects. J Bone Joint Surg Am 80:985-996

Crovace A, Staffieri F, Rossi G, Francioso E (2009) Implantation of autologous bone marrow mononuclear cells as a minimal invasive therapy of Legg-Calve'-Perthes' disease in the dog. In: World Conference on Regenerative Medicine. Regen Med Suppl, Vol.4, No.6 (Suppl.2), Nov 2009. Ref Type: Conference Proceeding

Csaki C, Matis U, Mobasheri A, Ye H, Shakibaei M (2007) Chondrogenesis, osteogenesis and adipogenesis of canine mesenchymal stem cells: a biochemical, morphological and ultrastructural study. Histochem Cell Biol 128:507-520

Dahlgren LA (2009) Fat-derived mesenchymal stem cells for equine tendon repair. In: World Conference on Regenerative Medicine. Regen Med Suppl, Vol.4, No.6 (Suppl. 2), Nov 2009. Ref Type: Conference Proceeding

El Tamer MK, Reis RL (2009) Progenitor and stem cells for bone and cartilage regeneration. J Tissue Eng Regen Med 3:327-337

Fortier LA (2005) Stem cells: classifications, controversies, and clinical applications. Vet Surg 34:415-423

Guest DJ, Smith MR, Allen WR (2008) Monitoring the fate of autologous and allogeneic mesenchymal progenitor cells injected into the superficial digital flexor tendon of horses: preliminary study. Equine Vet J 40:178-181

Kadiyala S, Young RG, Thiede MA, Bruder SP (1997) Culture expanded canine mesenchymal stem cells possess osteochondrogenic potential in vivo and in vitro. Cell Transplant 6:125-134

Koch TG, Berg LC, Betts DH (2008) Concepts for the clinical use of stem cells in equine medicine. Can Vet J 49:1009-1017

Koch TG, Heerkens T, Thomsen PD, Betts DH (2007) Isolation of mesenchymal stem cells from equine umbilical cord blood. BMC Biotechnol 7:26

Krampera M, Glennie S, Dyson J, Scott D, Laylor R, Simpson E, Dazzi F (2003) Bone marrow mesenchymal stem cells inhibit the response of naive and memory antigen-specific T cells to their cognate peptide. Blood 101:3722-3729

Pacini S, Spinabella S, Trombi L, Fazzi R, Galimberti S, Dini F, Carlucci F, PetriniM(2007) Suspension of bone marrow-derived undifferentiated mesenchymal stromal cells for repair of superficial digital flexor tendon in race horses. Tissue Eng 13:2949-2955

Reed SA, Johnson SE (2008) Equine umbilical cord blood contains a population of stem cells that express Oct4 and differentiate into mesodermal and endodermal cell types. J Cell Physiol 215:329-336

Reich CM, Raabe O, Wenisch S, Bridger PS, Kramer M, Arnhold S (2009) Comparison of canine adipose and bone marrow-derived mesenchymal stem cells. In: World Conference on Regenerative Medicine. Regen Med Suppl,Vol.4, No.6 (Suppl. 2), Nov 2009. Ref Type: Conference Proceeding

Richardson LE, Dudhia J, Clegg PD, Smith R (2007) Stem cells in veterinary medicine-attempts at regenerating equine tendon after injury. Trends Biotechnol 25:409-416

Ryan JM, Barry FP, Murphy JM, Mahon BP (2005) Mesenchymal stem cells avoid allogeneic rejection. J Inflamm (Lond) 2:8

Smith RK (2008) Mesenchymal stem cell therapy for equine tendinopathy. Disabil Rehabil 30:1752-1758

Toma JG, Akhavan M, Fernandes KJ, Barnabe-Heider F, Sadikot A, Kaplan DR, Miller FD (2001) Isolation of multipotent adult stem cells from the dermis of mammalian skin. Nat Cell Biol 3:778784

Vidal MA, Kilroy GE, Johnson JR, Lopez MJ, Moore RM, Gimble JM (2006) Cell growth characteristics and differentiation frequency of adherent equine bone marrow-derived mesenchymal stromal cells: adipogenic and osteogenic capacity. Vet Surg 35:601610

Worster AA, Nixon AJ, Brower-Toland BD, Williams J (2000) Effect of transforming growth factor beta1 on chondrogenic differentiation of cultured equine mesenchymal stem cells. Am J Vet Res 61:1003-1010

Реферат