Antioxidant and Regenerative Potential of Multipotent Mesenchymal Stromal Cells under Hypoxia Condition
Authors: Величко А.В. , Музыченко Б.А. , Яковлева М.А. , Нижегородова Д.Б. , Зафранская М.М. 
Published: March 2024

Введение. Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК) представляют собой основу развития перспективной стратегии регенеративной медицины, используемой для терапии широкого спектра заболеваний. В настоящее время особое внимание уделяется исследованию секретома ММСК, посредством которого клетки участвуют в репарации и восстановлении поврежденных тканей, а также обеспечивают антиоксидантную защиту организма при патологических состояниях, сопровождающихся гипоксией. Цель. Оценить регенеративный и антиокислительный потенциал ММСК костного мозга и жировой ткани человека в условиях экспериментального моделирования гипоксии. Материалы и методы. Материалом исследования явились 20 культур ММСК доноров, которые предоставили информированное согласие. Мононуклеары периферической крови, нейтрофилы и макрофаги получали от 10 здоровых доноров. Условия гипоксии создавали с помощью микробиологического набора Anaerocult A® mini. Для оценки поверхностного фенотипа и внутриклеточных молекул ММСК использовали метод проточной цитометрии, для внеклеточной продукции ростовых факторов и цитокинов – метод иммуноферментного анализа. Оксидантную активность клеточных культур и кокультур оценивали методом хемилюминесценции. Обработку данных проводили в программе Statistica 8.0. Результаты. В условиях гипоксии изменялись морфология и фенотип ММСК посредством снижения экспрессии маркеров CD105 и CD90, что может влиять на клеточную адгезию и межклеточную кооперацию. В то же время гипоксия стимулировала продукцию репаративных факторов (рецептор 2-го типа фактора роста эндотелия сосудов, матриксная металлопротеиназа 3, фактор роста тромбоцитов D), что усиливало репаративные и ангиогенные свойства ММСК, а также увеличивала синтез антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы 3, каталазы, глутатиона, NO-синтазы), предотвращающих избыточное образование активных форм кислорода. В условиях дефицита кислорода ММСК проявляли иммуномодулирующий эффект в отношении нейтрофилов и макрофагов, что проявлялось увеличением интенсивности хемилюминесценции. Заключение. Для оптимизированной пробоподготовки биомедицинских клеточных продуктов на основе ММСК необходимо учитывать, что гипоксия влияет на морфологию, изменяет фенотип и стимулирует секретом клеток, а также проявляет иммуномодулирующий эффект в отношении клеток врожденного иммунитета.

Introduction. Multipotent mesenchymal stromal cells (MMSCs) represent a promising strategy of regenerative medicine used for the treatment of a wide range of diseases. Currently, particular attention is paid to the study of MMSCs secretome, through which cells participate in the repair and regeneration of damaged tissues, and also provide antioxidant protection of the body in pathological conditions accompanied by hypoxia. Purpose. To evaluate the regenerative and antioxidant potential of human bone marrow and adipose tissue derived MMSCs under experimental hypoxia. Materials and methods. The material was 20 MMSCs cultures from donors who provided informed consent. Peripheral blood mononuclear cells, neutrophils and macrophages were obtained from 10 healthy donors. Hypoxia condition was created using the Anaerocult A® mini microbiological kit. The flow cytometry method was used for the assessment of the surface phenotype and intracellular molecules of MMSCs while extracellular growth factors and cytokines were estimated by enzyme immunoassay. The oxidant activity of cell cultures and co-cultures was evaluated by chemiluminescence. Data processing was carried out with Statistica 8.0 program. Results. MMSCs morphology and phenotype were changed via decreased CD105 and CD90 expression under hypoxia conditions, what may affect cell adhesion and intercellular cooperation. Hypoxia stimulated the production of reparative factors (vascular endothelial growth factor type 2 receptor, matrix metalloproteinase 3, platelet- derived growth factor D), what enhanced the reparative and angiogenic properties of MMSCs as well as increase the synthesis of antioxidant enzymes (superoxide dismutase 3, catalase, glutathione, NO-synthase) preventing the excessive formation of reactive oxygen species. In conditions of oxygen deficiency MMSCs showed an immunomodulatory effect on neutrophils and macrophages, what was proved by an increase in the intensity of chemiluminescence. Conclusion. For optimized MMSC-based biomedical cell products preparation it is important to take into account that hypoxia affects MMSCs morphology, changes their phenotype and stimulates cell secretion as well as enhances an immunomodulatory effect of MMSCs on innate immunity cells.