ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПОДХОДЫ ЛЕЧЕНИЯ НИЗКОЭНЕРГИЧЕСКИХ ТРАВМАТИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ КОСТНОЙ ТКАНИС ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ БИОИНЖЕНЕРИИИ КЛЕТОЧНОЙ ТЕРАПИИ
Authors: Ю.И. Сафарова-Янцен , Ф.С. Олжаев , Б.А. Умбаев , А.С. Еркебаева , А.С. Каренкина , И.В. Котов , A.J. Russell , Ш.Н. Аскарова 
Published: November 2024

Введение: В последнее время применение аутологичных мезенхимальных стволовых клеток (МСК), являющихся прогениторными клетками остеогенеза, в качестве активаторов репаративного остеогенеза в зоне замедленного сращения переломов при остеопорозе и схожих патологиях костной ткани, является одним из перспективных направлений научных исследований. В этой связи, в сотрудничестве с Carnegie Mellon University (USA), в качестве таргетной транспортной платформы, был разработан способный стабильно связываться с МСК остеофильный бисфосфонатный полимер PBP-f-NHS. Ранее было показано, что in vitro полимер способен ингибировать остеокластную активность, и в то же время не является цитотоксичным и не оказывает влияния на процессы остеогенной дифференцировки МСК. Цель исследования: провести доклинические исследования острой и хронической токсичности полимера, оценить регенеративный потенциал локальной трансплантации мезенхимальных стволовых клеток, функционализированных остеофильным полимером, при переломах локтевой кости мелких лабораторных животных на фоне экспериментально индуцированного остеопороза. Методы: Для подтверждения клинической эффективности применения МСК, модифицированных остеофильным полимером, были проведены исследования in vivo с созданием модели индуцированного перелома локтевой кости у крыс на фоне экспериментального эстроген-зависимого остеопороза. Исследования острой и хронической токсичности остеофильного бисфосфонатного полимера проводились на базе РГП на ПХВ Национальный центр экспертизы лекарственных средств, изделий медицинского назначения и медицинской техники , Министерства Здравоохранения Республики Казахстан. Результаты: Прижизненный анализ динамики изменения костной плотности в зоне перелома локтевой кости на фоне экспериментально индуцированного эстроген-зависимого остеопороза показал статистически значимое 27-ное увеличение плотности костной ткани через 4 недели после остеотомии локтевой кости в группе животных, получавших 4-х кратную трансплантацию модифицированных полимером МСК. Результаты прижизненных наблюдений были подтверждены post-mortem анализом гистологических препаратов зоны перелома трубчатой кости. Изучение динамики внутритканевого распределения МСК показали наличие трансплантированных клеток в зоне костного дефекта на протяжении как минимум одной недели после локальной инъекции клеточного препарата. Результаты доклинических исследований биобезопасности показали отсутствие острой и хронической токсичности полимера. Выводы: Полученные данные позволили сделать заключение о том, что предложенный мультипликативный подход, основанный на применении клеточной терапии МСК, модифицированных остеофильным полимером, имеющим в своем составе две функциональные группы бисфосфонатную и гидроксисукцимидную, является безопасным и эффективным способом стимуляции репаративного остеогенеза при остеопороз-ассоциированных травматических повреждениях костной ткани.

Introduction: Autologous mesenchymal stem cells (MSCs) are osteogenesis progenitor cells that activate the reparative processes in the zone of delayed fracture healing in osteoporosis and similar bone pathologies. Use of MSCs in regenerative medicine is one of the promising areas of scientific research. In this regard, in cooperation with Carnegie Mellon University (USA), an osteophilic bisphosphonate polymer capable of stably binding to MSC has been developed as a targeted transport platform. It has been previously shown that the polymer is able to inhibit osteoclastic activity in vitro, and, at the same time, it is not cytotoxic and does not affect the osteogenic differentiation of MSCs. Goal: to perform preclinical studies of acute and chronic polymer toxicity, to assess the regenerative potential of local transplantation of MSCs functionalized with an osteophilic polymer in experimentally induced osteoporotic ulna fracture of small laboratory animals. Methods: To confirm the therapeutic potential of MSCs functionalized with osteophilic polymer, in vivo studies were conducted on rats with the experimentally induced ulna fracture and experimental estrogen-dependent osteoporosis. Studies of acute and chronic toxicity of an osteophilic bisphosphonate polymer were carried out on the basis of the Republican State Pharmacopoeia Laboratory at the National Center for Expertise of Medicines, Medical Devices and Medical Equipment, Ministry of Health of the Republic of Kazakhstan Results: Intravital analysis of the bone density dynamics in the zone of ulna fracture showed a statistically significant 27 increase in bone density 4 weeks after osteotomy of the ulna in the group of animals receiving 4 transplantations (once per week) of the MSC modified with the polymer. The results of intravital observations were confirmed by post-mortem analysis of histological slices of the fracture zone. A study of the dynamics of interstitial distribution of the MSCs showed the presence of transplanted cells in the area of the bone defect for at least one week after local injection of the modified cell. The results of preclinical biosafety studies have shown the absence of acute and chronic polymer toxicity. Conclusion: The data obtained allowed us to conclude that the proposed combined approach, based on the use of cell therapy for MSCs modified with an osteophilic polymer, which has two functional groups - bisphosphonate and hydroxysuccimide, is a safe and an effective way to stimulate reparative osteogenesis in osteoporosis-associated traumatic bone injuries.

Крспе: Соы уаытта остеогенезд прогениторлы жасушалары болып табылатын аутологиялы мезенхималы бааналы жасушаларды (МБЖ) пайдалану остеопороздаы жне сол сияты сйек тндерн патологиясындаы сынытарды баяу синтезделу аймаында репаративт остеогенезд оздырышы ретнде олдану ылыми зерттеулерд перспективалы баыттарыны бр болып табылады. Осыан байланысты, Карнеги Меллон Университетмен (АШ) брлесе отырып, масатты клк платформасы ретнде МБЖ-мен траты байланыстыруа аблетт остеофильд PBP-f-NHS остеофильдк бисфосфонат полимер жасалды. Брын бз in vitro жадайында полимерд остеокластикалы белсендлкт тежей алатындыын, сонымен брге ол цитотоксикалы емес жне МБЖ- остеогендк саралануына сер етпейтнн крсеттк. Масаты: жедел жне созылмалы полимерл уыттылыын зерттеуге баытталан клиникаа дейнг зерттеулер жргзу, эксперименталды остеопороз аясында кш зертханалы жануарларды шынта сйег сынан жадайда, остеофильд полимермен жмыс жасайтын мезенхималы бааналы жасушаларды жерглкт трансплантациясыны алпына келу леуетн баалау. дстер: Остеофильд полимермен модификацияланан МБЖ- олдануды клиникалы тимдлгн растау шн, in vivo зерттеулернде эстрогенге туелд остеопорозпен индукцияланан егеуйрытардаы сыну моделн жасау арылы зерттеулер жргзлд. Остеофильдк бисфосфонат полимерн жедел жне созылмалы уыттылыын зерттеу азастан Республикасы Денсаулы сатау министрлгн Дрлк заттар мен медициналы бйымдарды сараптау лтты орталыыны зертханасында негзнде жргзлд. Нтижелер: Экспериментальды эстрогенге туелд остеопорозды экспериментальды эстрогенге туелд остеопорозы аясында шынта сйег сынуы аймаындаы сйек тыыздыыны згеру динамикасыны мрлк талдауы модификацияланан 4 есе полимер МБЖ трансплантацияны алан жануарлар тобында шынта сйегн остеотомиясынан 4 апта ткеннен кейн сйек тыыздыыны 27 жоарылауын крсетт. Тр кезнде баылауды нтижелер жлкт сыну аймаыны гистологиялы препараттарын лмнен кейнг талдау арылы расталды. МБЖ- интерстициальды таралу динамикасын зерттеу жасуша препаратыны жерглкт инъекциясынан кейн кем дегенде бр апта шнде сйек аауы аймаында трансплантация жасушаларыны болуын крсетт. Клиникаа дейнг биологиялы аупсздк зерттеулерн нтижелер жедел жне созылмалы полимерл уыттылыты жотыын крсетт. орытынды: Алынан млметтер ек функционалды тобы бар - бисфосфонат жне гидроксисукцимид,остеофильд полимермен модификацияланан МБЖ- жасушалы терапиясын олдануа негзделген сынылан мультипликативт тсл, остеопороза байланысты сйек тнн жарааттануы репаративт остеогенезд ынталандыруды аупсз жне тимд дс деп тжырым жасауа ммкндк берд.