Изучение влияния мезенхимных стволовых клеток на ремоделирование миокарда после ишемического повреждения при их интрамиокардиальной трансплантации

Актуальность

Инфаркт миокарда (ИМ) – одна из основных причин развития хронической сердечной недостаточности (ХСН), которая по-прежнему остается ключевой проблемой мирового здравоохранения. В острейшем и остром периодах трансмурального ИМ основным подходом клечению считается применение методик реваскуляризации, таких как коронароангиопластика со стентированием инфаркт-зависимой артерии и тромболизис. Однако эффективность этих подходов значительно снижается с течением времени, что делает их недостаточно эффективными в подостром периоде ИМ. Совершенно очевидно, что в лечении подострого ИМ и последующей за ним ХСН значительное место могут занять регенеративные технологии, нацеленные на воссоздание поврежденной ткани миокарда. Одним из актуальных направлений в этой области является клеточная терапия, направленная на восстановление поврежденного миокарда путем доставки в него живых стволовых клеток. Среди стволовых клеток и клеток-предшественников наибольший интерес представляют мезенхимные стволовые клетки (МСК).На сегодняшний день в качестве основного источника получения МСК рассматривается костный мозг (КМ), однако эти клетки присутствуют практически во всех тканях взрослого организма. Особого внимания, как объект для клеточной терапии, заслуживают МСК, полученные из жировой ткани (МСК-ЖТ) взрослого организма. Несмотря на всю перспективность этого направления, эффективность клеточной терапии МСК в клинических исследованиях оказалась достаточно низкой: в большинстве исследование прирост систолической функции составлял от 3 до 10 %. Одним из основных факторов, ограничивающих дальнейшее развитие клеточной терапии, по-прежнему остается недостаточное понимание основных механизмов кардиопротективного действия МСК. Раскрытие основного механизма кардиопротективного действия МСК позволит оптимизировать дальнейшие пути развития этого терапевтического направления.Несомненный интерес вызывают попытки модификации самих стволовых клеток. Это открывает перспективы контроля и изменения механизмов действия, повышения выживаемости клеток в условиях ишемии и получения принципиально новых кардиопротективных свойств МСК. Одним из наиболее перспективных направлений в области модификации МСК может быть создание многоклеточных единиц трансплантации на основе стволовых клеток.

Основные текущие результаты

Продемонстрированы различия в выраженности кардиопротективного эффекта различных популяций МСК. Отмечено значимо большее инфаркт-лимитирующее действие МСК костного мозга по сравнению с МСК-ЖТ после ишемического-реперфузионного повреждения миокарда.
Разработан протокол микроинкапсулирования клеточных продуктов, в том числе МСК, в полупроницаемые микрокапсулы из альгината натрия с заданной скоростью биодеградации без снижения жизнеспособности клеток и их секреторной функции для изучения и безопасного применения паракринных факторов, секретируемых стволовыми клетками (Рисунок 1).

Рисунок 1. Микроинкапсулирование мезенхимных стволовых клеток. А – Принцип действия микрокапсул из полупроницаемого полимера, содержащих стволовые клетки; Б, В – репрезентативные микрофотографии микрокапсул в разные сроки после микроинкапсулирования (30 минут, 5 день, 21 день): Б – световая микроскопия; В — оценка жизнеспособности МСК с помощью комбинированного флуоресцентного красителя LIVE/DEAD Kit (Life Technologies, США).

Обоснована ведущая роль секретируемых МСК паракринных факторов в механизме реализации благоприятных эффектов клеточной терапии на миокард путем сравнения эффектов нативных и микроинкапсулированных стволовых клеток.

Рисунок 2. Показатели размера рубца ЛЖ по данным гистологического исследования сердца. А – репрезентативные срезы сердца, исследуемых групп (окраска: Picro Sirius Red); Б – процент площади рубца от общей площади стенок ЛЖ. Контр.ИМ – группа контрольного инфаркта; Капсулы – группа введения пустых капсул; нат.МСК – введение нативных МСК; инк.МСК – введение инкапсулированных МСК.

Продемонстрирована аритмогенная безопасность применения нативных и микроинкапсулированных МСК при их интрамиокардиальной трансплантации.

Публикации по теме

Karpov AA, Puzanov MV, Ivkin DY, et al. Non-inferiority of microencapsulated mesenchymal stem cells to free cells in cardiac repair after myocardial infarction: A rationale for using paracrine factor (s) instead of cells. Int J Exp Pathol. 2019;100 (2):102–113. (IF: 1.706)

Karpov AA, Udalova DV, Pliss MG, Galagudza MM. Can the outcomes of mesenchymal stem cell-based therapy for myocardial infarction be improved? Providing weapons and armour to cells. Cell Prolif. 2017; 50 (2). (IF: 3.54)

Karpov A., Puzanov M., Almukhametova F., et al. P2556. Secretion of paracrine factors is the only mechanism of cardioprotection by mesenchymal stem cells in myocardial infarction: evidence from microencapsulation studies, European Heart Journal, Volume 38, Issue suppl_1, 2017, ehx502.P2556 (IF: 1.321)

Karpov AA, Uspenskaya YK, Minasian SM, 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;94 (3):169-77. (IF: 2.168).

Карпов А.А., Пузанов М.В., Альмухаметова Ф.Р. и др. Микроинкапсулирование мезенхимных стволовых клеток как инструмент для изучения механизмов клеточной терапии при инфаркте миокарда. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2017. Т. 16. № 2 (62). С. 75-82.

Карпов А.А., Пузанов М.В., Альмухаметова Ф.Р. и др. Способ микроинкапсулирования стволовых клеток Патент на изобретение RU 2618435 C1, 03.05.2017. Заявка № 2016114809 от 15.04.2016.

Гранты и участие в международных проектах

В рамках проведения исследовательских работ по этой теме защищена кандидатская диссертация: Карпов А.А. «Влияние мезенхимных стволовых клеток на ремоделирование миокарда после ишемического повреждения при их интрамиокардиальной трансплантации» (заключение диссертационного совета Д208.054.04 от 25.06.18 №6).