Введение. В литературе обсуждаются такие механизмы положительного эффекта клеточной терапии при ишемии миокарда, как прямая дифференцировка трансплантированных стволовых клеток в клетки миокарда, а также стимуляция ангиогенеза и дифференцировки резидентных стволовых клеток сердца паракринными факторами, секретируемыми аутологичными или аллогенными стволовыми клетками при интрамиокардиальном введении. Решению вопроса о вкладе указанных механизмов в итоговый эффект клеточной терапии может способствовать применение такого методического приема, как микроинкапсулирование стволовых клеток. Цель исследования - оценка жизнеспособности и функции мезенхимных стволовых клеток (МСК) после инкапсуляции in vitro и оценка безопасности интрамиокардиальной трансплантации микрокапсулированных МСК in vivo. Материал и методы. Для создания микрокапсул, содержащих МСК красного костного мозга крыс, использовалась система магнитно-механического микроинкапсулирования. В качестве полимерной основы микрокапсулы использовали альгинат натрия в сочетании с различными координирующими агентами (2,2 %-й и 1,2 %-й раствор BaCl2, а также 1,5 %-й раствор CaCl2). Стабильность полученных микрокапсул оценивалась в динамике при их инкубации в фосфатном буфере. Жизнеспособность клеток in vitro оценивалась через 30 мин и 5 дней после микроинкапсулирования с помощью витального красителя LIVE/DEAD Kit. Оценка безопасности интрамиокардиальной трансплантации микроинкапсулированных МСК проводилась в экспериментах на самцах крыс стока Wistar массой 225±25 г. Выраженность системной воспалительной реакции оценивалась по изменению уровня лейкоцитов периферической крови. Морфофункциональные показатели сердца оценивались через 5 дней после трансплантации с помощью эхокардиографии. Результаты исследования. В ходе работы были получены альгинатные капсулы с диаметром 225±25 мкм. Использование в качестве координирующего агента 2,2 %-го раствора BaCl2 продемонстрировало лучшие показатели стабильности микрокапсул (СаС12: набухание - 1-й день, полное разрушение - 5-й день; BaCl2: набухание - 14-й день, полное разрушение - более 21 дня), а также выживаемости инкапсулированных клеток (СаС12: через 30 мин - 48±4 %, через 5 дней - 18±2 %; BaCl2: через 30 мин - 63±6 %, через 5 дней - 71±5 %). Уровень лейкоцитов периферической крови и морфофункциональные показатели сердца после интрамиокардиального введения микрокапсул не отличались от таковых в группе введения фосфатного буфера. Выводы. Разработана методика микроинкапсулирования МСК с их последующей трансплантацией в миокард. Микроинкапсулирование МСК может быть использовано для оценки роли паракринных факторов в механизме действия клеточной терапии на ремоделирование миокарда. Методика микроинкапсулирования может также быть использована для защиты стволовых клеток от воздействия иммунной системы реципиента и увеличения их выживаемости в ранние сроки после интрамиокардиальной трансплантации.
Introduction. Potential mechanisms of cell therapy benefit in myocardial ischemia include direct differentiation of stem cells into myocardial cells, stimulation of angiogenesis and differentiation of resident stem cells by paracrine factors secreted by autologous or allogeneic stem cells after intramyocardial injection. Dissection of the exact role of these mechanisms in the net effect of cell therapy can be aided by use of stem cell mircoencapsulation. Purpose. This work was aimed at: (i) evaluation of mesenchymal stem cells (MSC) viability and function after encapsulation in vitro and (ii) in vivo safety assessment of microencapsulated mesenchymal stem cells after intramyocardial transplantation. Methods. In order to encapsulate MSC from the rat bone marrow, the magneto-mechanical encapsulator was used. Sodium alginate in combination with a variety of coordinating agents (2.2 % BaCl2, 1.2 % BaCl2, and 1.5 % CaCl2 was used as polymer for capsule formation. Stability assessment of capsules was made by incubation in phosphate buffer. The viability of encapsulated cells was evaluated in vitro by fluorescent staining by LIVE/DEAD Kit. Safety assessment of the intramyocardial transplantation of microencapsulated MSC was made in male Wistar rats weighing 225±25 g. Severity of systemic inflammation was assessed by leukocyte count in peripheral blood. Morphological and functional parameters of the heart were evaluated by echocardiography 5 days after transplantation. Results. In the result of this study standardized capsules were designed. The average diameter of the capsules was 225±25 μm. Capsule stabilization in 2.2 % barium chloride solution resulted in best stability (CaCl2: swelling - 1 day, complete destruction - 5 days; BaCl2: swelling - 14 days, complete destruction - more than 21 days), and viability of encapsulated cells (CaCl2: after 30 min - 48±4 %, after 5 days - 18±2 %; BaCl2: after 30 min - 63±6 %, after 5 days - 71±5 %). Intramyocardial injection of microcapsules had no effect on leukocyte count and morphofunctional parameters of the heart in comparison with control solution. Conclusion. The technique of MSC microencapsulation was designed with subsequent intramyocardial transplantation. Microencapsulation of MSC can be used to assess the role of paracrine factors in the mechanism of action of cell therapy on myocardial remodeling. Microencapsulation technique can also be used to protect stem cells from the effects of the host immune system and increase their survival early after intramyocardial transplantation.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.