СТИМУЛИРУЮЩЕЕ ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ДОЗ ГЕПАРИНА НА МИГРАЦИОННУЮ АКТИВНОСТЬ И СОХРАНЕНИЕ СТВОЛОВОСТИ МСК В ПРИСУТСТВИИ ОСТЕОЗАМЕЩАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Искусственные материалы, применяемые в регенеративной медицине, при имплантации индуцируют развитие воспалительной реакции, необходимой для эффективной регенерации поврежденной костной ткани. Контакт имплантата с тканями сопровождается осаждением белков крови и интерстициальной жидкости на его поверхности, что способствует активации системы комплемента, компонентов врожденного иммунитета и инициирует коагуляционный гемостаз, приводящий к образованию фибринового сгустка. На поверхности имплантата образуется внеклеточный матрикс на основе фибрина, коллагена и эластина, что обеспечивает основу для формирования тканевой структуры посредством адгезии стволовых клеток на формирующуюся костную мозоль до образования костного регенерата. Для предотвращения развития постоперационных патологических состояний, вызванных гиперкоагуляционным синдромом, используют терапевтические стратегии с применением антикоагулянтов (гепарин, варфарин). Однако их использование ограничивает нормальное образование сгустка фибрина in vivo. Это может привести к замедлению миграции мезенхимных стволовых клеток (МСК) и нарушить формирование костной мозоли, что ингибирует процессы остеоинтеграции имплантата и заживление кости. Целью исследования явилось изучение влияния гепарина в градиенте низких и высоких концентраций на миграционную активность и стволовость МСК человека в условиях культивирования in vitro. По результатам проточной цитометрии было выявлено, что высокие концентрации гепарина (130, 260 IU/ml) в 2D-модели культивирования способствуют увеличению количества клеток, экспрессирующих поверхностные маркеры CD73 и CD90, что свидетельствует о сохранении МСК высокого клоногенного потенциала. 3D-модель культивирования in vitro с добавлением гепарина и остеозамещающих имплантатов, несущих КФ покрытие с индексом шероховатости R_a = 2,6-4,9 мкм, способствовала сохранению «стволовости» МСК через экспрессию поверхностных маркеров CD73 и CD90. Согласно результатам, полученным с помощью системы xCELLigence, гепарин в поздние сроки (с 20-40 ч) повышает инвазию МСК через микропоры, симулирующие состояние стенки кровеносных сосудов. Однако в присутствии наночастиц ГАП, имитирующих процессы ремоделирования минерального костного матрикса и/или резорбции костного цемента, эффект гепарина был выражен в меньшей степени. Результаты могут быть использованы в области регенеративной медицины, связанной с введением МСК. Данные могут служить предпосылкой для разработки новых терапевтических стратегий для пациентов хирургического профиля с высоким риском развития послеоперационных тромбозов после проведения остеосинтеза. 

1. Ali H., Al-Yatama M.K., Abu-Farha M., Behbehani K., Al Madhoun A. Multi-lineage differentiation of human umbilical cord wharton’s jelly mesenchymal stromal cells mediates changes in the expression profile of stemness markers. PLoS One, 2015, Vol. 10, no. 4, e0122465. doi: 10.1371/journal.pone.0122465.

2. Bona R.D., Hickey A.D., Wallace D.M. Warfarin is safe as secondary prophylaxis in patients with cancer and a previous episode of venous thrombosis. Am. J. Clin. Oncol., 2000, Vol. 23, no. 1, pp. 71-73.

3. Chen Q., Sivakumar P., Barley C., Peters D.M., Gomes R.R., Farach-Carson M.C., Dallas S.L. Potential role for heparan sulfate proteoglycans in regulation of transforming growth factor-beta (TGF-beta) by modulating assembly of latent TGF-beta-binding protein-1. J. Biol. Chem., 2007, Vol. 282, no. 36, pp. 26418-26430.

4. Gnedenkov S.V., Sharkeev Yu.P., Sinebryukhov S.L., Khrisanfova O.A., Legostaeva E.V., Zavidnaya A.G., Puz A.V., Khlusov I.A. Formation and properties of bioactive coatings on titanium. Perspective Materials, 2011, no. 2, pp. 49-59. (In Russ.)

5. Gorbet M.B., Sefton M.V. Biomaterial-associated thrombosis: roles of coagulation factors, complement, platelets and leukocytes. Biomaterials, 2004, Vol. 25, no. 26, pp. 5681-5703.

6. Labarrere C.A., Dabiri A.E., Kassab G.S. Thrombogenic and inflammatory reactions to biomaterials in medical devices. Front. Bioeng. Biotechnol., 2020, Vol. 8, 123. doi: 10.3389/fbioe.2020.00123.

7. Liang Y., Kiick K.L. Heparin-functionalized polymeric biomaterials in tissue engineering and drug delivery applications. Acta Biomater., 2014, Vol. 10, no. 4, pp. 1588-1600.

8. Litvinova L.S., Shupletsova V.V., Khaziakhmatova O.G., Yurova K.A., Malashchenko V.V., Melashchenko E.S., Todosenko N.M., Khlusova M.Yu., Sharkeev Yu. P., Komarova E.G., Sedelnikova M.B., Shunkin E.O., Khlusov I.A. Changes in the behavior of multipotent mesenchymal stromal cells upon contact with synthetic calcium phosphates in vitro. Cytology, 2017, Vol. 59, no. 12, pp. 858-866. (In Russ.)

9. Moraes D.A. Sibov T.T., Pavon L.F., Alvim P.Q., Bonadio R.S., Da Silva J.R., Pic-Taylor A., Toledo O.A., Marti L.C., Azevedo R.B., Oliveira D.M. A reduction in CD90 (THY-1) expression results in increased differentiation of mesenchymal stromal cells. Stem. Cell Res. Ther., 2016, Vol. 7, no. 1, 97. doi: 10.1186/s13287-016-0359-3.

10. Shakhpazyan N.K., Astrelin T.A., Yakovleva M.V. Mesenchymal stem cells from various human tissues: biological properties, quality and safety assessment for clinical use. Cell Transplantology and Tissue Engineering, 2012, Vol. 7, no. 1, pp. 23-33. (In Russ.)

11. Taichman R.S. Blood and bone: two tissues whose fates are intertwined to create the hematopoietic stemcell niche. Blood, 2005, Vol. 105, no. 7, pp. 2631-2639.

12. Talsma D.T., Katta K., Boersema M., Adepu S., Naggi A., Torri G., Stegeman C., Navis G., van Goor H., Hillebrands J., Yazdani S., van den Born J. Increased migration of antigen presenting cells to newly-formed lymphatic vessels in transplanted kidneys by glycol-split heparin. PLoS One, 2017, Vol. 12, no. 6, e0180206. doi:10.1371/journal. pone.0180206.