Микроинкапсулирование мезенхимных стволовых клеток как инструмент для изучения механизмов клеточной терапии при инфаркте миокарда

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.

микрокапсулы, альгинат, мезенхимные стволовые клетки, microcapsules, alginate, mesenchymal stem cells

1. Карпов А. А., Ивкин Д. Ю., Драчева А. В., и др. Моделирование постинфарктной сердечной недостаточности путем окклюзии левой коронарной артерии у крыс: техника и методы морфофункциональной оценки // Биомедицина. 2014. T. 1. № 3. C. 32-48.

2. Карпов А. А., Успенская Ю. К., Ваулина Д. Д. Роль мезенхимных стволовых клеток в терапии ишемического повреждения сердца // Трансляционная мед. 2012. T. 5. № 16. C. 30-37.

3. Afzal M. R., Samanta A., Shah Z. I. et al. Adult Bone Marrow Cell Therapy for Ischemic Heart Disease: Evidence and Insights From Randomized Controlled Trials // Circ. Res. 2015. Vol. 117. № 6. P. 558-575. doi: 10.1161/C1RCRESAHA.114.304792

4. Alpert J. S., Thygesen K., Antman E. et al. Myocardial infarction redefined a consensus document of The Joint European Society of Cardiology/American College of Cardiology Committee for the redefinition of myocardial infarction // J. Am. Coll. Cardiol. 2000. Vol. 36. № 3. P. 959-969.

5. Duke R. C., Witter R. Z., Nash P B. et al. Cytolysis mediated by ionophores and pore-forming agents: role of intracellular calcium in apoptosis // FASEB J. 1994. Vol. 8. № 2. P. 237-246.

6. Freyman T., Polin G., Osman H. et al. A quantitative, randomized study evaluating three methods of mesenchymal stem cell delivery following myocardial infarction // Eur. Heart J. 2006. Vol. 27. № 9. P. 1114-1122.

7. Gnecchi M., Danieli P., Cervio E. Mesenchymal stem cell therapy for heart disease // Vascul. Pharmacol. 2012. Vol. 57. № 1. P. 48-55.

8. de Jong R., Houtgraaf J. H., Samiei S. et al. Intracoronary stem cell infusion after acute myocardial infarction: a metaanalysis and update on clinical trials // Circ. Cardiovasc. Interv. 2014. Vol. 7. № 2. P. 156-167.

9. Karpov A. A., Drahova A. V., Buslova D. V. et al. Modification of Mesenchymal Stem Cells as a Way to Improve the Effectiveness of Cell Therapy of Ischemic Myocardial Injury // Ross. Fiziol. Zh. 1m. 1. M. Sechenova. 2015. Vol. 101. № 9. P. 985-998.

10. Karpov A. A., Uspenskaya Y. K., Minasian S. M. et al. The effect of bone marrow- and adipose tissue-derived mesenchymal stem cell transplantation on myocardial remodelling in the rat model of ischaemic heart failure // Int. J. Exp. Pathol. 2013. Vol. 94. № 3. P. 169-177.

11. Lee S., Choi E., Cha M. J. et al. Cell adhesion and long-term survival of transplanted mesenchymal stem cells: a prerequisite for cell therapy // Oxid. Med. Cell. Longev 2015. doi: 10.1155/2015/632902

12. Levit R. D., Landazuri N., Phelps E. A. et al. Cellular encapsulation enhances cardiac repair // J. Am. Heart Assoc. 2013. Vol. 2. № 5.

13. Lim F., Sun A. M. Microencapsulated islets as bioartificial endocrine pancreas // Science. 1980. Vol. 210. № 4472. P. 908-910.

14. Liu B., Duan C. Y., Luo C. F. Effectiveness and safety of selected bone marrow stem cells on left ventricular function in patients with acute myocardial infarction: a meta-analysis of randomized controlled trials // Int. J. Cardiol. 2014. Vol. 177. № 3. P. 764-770.

15. Mozaffarian D., Benjamin E. J., Go A. S. et al. Heart Disease and Stroke Statistics-2016 Update: A Report From the American Heart Association // Circulation. 2015.

16. Peng L., Jia Z., Yin X. et al. Comparative analysis of mesenchymal stem cells from bone marrow, cartilage, and adipose tissue // Stem Cells Dev. 2008. Vol. 17. № 4. P. 761-773.

17. Shoichet M. S., Li R. H., White M. L. et al. Stability of hydrogels used in cell encapsulation: An in vitro comparison of alginate and agarose // Biotechnol Bioeng. 1996. Vol. 50. № 4. P. 374-381.

18. Tai I. T., Sun A. M. Microencapsulation of recombinant cells: a new delivery system for gene therapy // FASEB J. 1993. Vol. 7. № 11. P. 1061-1069.