ВЛИЯНИЕ РОСТОВЫХ ФАКТОРОВ TGF-β1, IGF-I, BMP-2 и BMP-4 НА ХОНДРОГЕННУЮ ДИФФЕРЕНЦИРОВКУ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ СИНОВИАЛЬНОЙ ОБОЛОЧКИ ЧЕЛОВЕКА
Main Article Content
Authors
А.Д. Далина
РГП «Национальный центр биотехнологии» КН МОН РК, г. Астана
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г. Астана
А.Е. Мухамбетова
РГП «Национальный центр биотехнологии» КН МОН РК, г. Астана,
Н.Д. Батпенов
Научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии, г. Астана
Е.К. Раймагамбетов
Научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии, г. Астана
В.Б. Огай
РГП «Национальный центр биотехнологии» КН МОН РК, г. Астана
Abstract
В настоящее время мезенхимальные стволовые клетки (МСК), выделенные из синовиальной оболочки коленных суставов, представляют большой научный и практический интерес для регенеративной медицины и тканевой инженерии, поскольку они более эффективно участвуют в хондрогенезе и обладают более высоким пролиферативным и регенераторным потенциалом, чем МСК костного мозга и жировой ткани. Целью данной работы было изучить влияние ростовых факторов TGF-β1, IGF-I, BMP-2 и BMP-4 на хондрогенную дифференцировку МСК синовиальной оболочки человека в условиях in vitro. В исследовании были использованы трансформирующий фактор роста TGF-β1 (10 нг/мл), инсулино-подобный ростовой фактор IGF-I (500 нг/мл), костный морфогенетический белок BMP-2 (100 нг/мл) и BMP-4 (100 нг/мл). Для изучения влияния факторов роста на хондрогенную дифференцировку МСК культивирование проводили в 15 мл пробирках по 250 000 клеток до образования шариков, которые были проанализированы с помощью морфометрических и гистохимических методов.
Результаты наших исследавний показали, что применение ростового фактора TGF-β1 оказывало незначительный эффект на рост шариков, полученных во время хондрогенной дифференцировки МСК по сравнению с IGF-I, BMP-2 и BMP-4. Однако при изучении сочетанного влияния ростовых факторов было обнаружено, что комбинация TGF-β1 и BMP-4 способна более значительно усилить рост хондриновых шариков, по сравнению с другими комбинациями. Под влиянием этих двух факторов образовывались шарики, содержащие большое количество коллагена и более зрелые хондроциты.
Таким образом, основываясь на наших данных, мы считаем, что TGF-β1 и BMP-4 являются ключевыми ростовыми факторами, необходимыми для более эффективной дифференцировки МСК синовиальной оболочки человека в хондроциты. Полученные результаты также могут быть полезны для разработки клеточной терапии остеартритов и хрящевых дефектов.
Keywords
мезенхимальные стволовые клетки, факторы роста, дифференцировка, синовиальная оболочка, хондрогенез
Article Details
References
Pei M., Seidel J., Vunjak-Novakovic G. and Freed L.E. (2002a) Growth factors for sequential cellular de- and re-differentiation in tissue engineering. Biochem Biophys Res Commun 294:149–154.
Lennon D.P., Haynesworth S.E., Young R.G., Dennis J.E. and Caplan A.I. (1995) A chemically defined medium supports in vitro proliferation and maintains the osteochondral potential of rat marrow-derived mesenchymal stem cells. Exp Cell Res 219:211–222.
Trippel S.B. (1995) Growth factor actions on articular cartilage. J Rheumatol Suppl 43:129–132.
Yamaguchi A. (1995) Regulation of differentiation pathway of skeletal mesenchymal cells in cell lines by transforming growth factor-beta superfamily. Semin Cell Biol 6:165–173.
Johnstone B., Hering T.M., Caplan A.I., Goldberg V.M. and Yoo J.U. (1998) In vitro chondrogenesis of bone marrowderived mesenchymal progenitor cells. Exp Cell Res 238:265–272.
Martel-Pelletier J., Di Battista J.A., Lajeunesse D. and Pelletier J.P. (1998) IGF/IGFBP axis in cartilage and bone in osteoarthritis pathogenesis. Inflamm Res 47:90–100.
Barbero A., Plorgert S., Heberer M. and Marti I. (2003) Plasticity of clonal population of dedifferentiated adult human articular chondrocytes. Arthritis Rheum. 48, 1315-1325.
Barbero A., Grogan S.P., Schafer D., Heberer M., Mainil-Varlet P. and Martin I. (2004) Age related changes in human articular chondrocyte yield, proliferation and post-expansion chondrogenic capacity. Osteoarthritis Cartilage 12, 476-484.
Pei М. He F., Vunjak-Novakovic G. (2008) Synovium-derived stem cell-based chondrogenesis. Differentiation (2008) 76:1044–1056.
Serra R., Johnson M., Filvaroff E.H., LaBorde J., Sheehan D.M., Derynck R. and Moses H.L. (1997) Expression of a truncated, kinase-defective TGF-beta type II receptor in mouse skeletal tissue promotes terminal chondrocyte differentiation and osteoarthritis. J Cell Biol 139:541–552.
Dunker N., Schmitt K. and Krieglstein K. (2002) TGF-beta is required for programmed cell death in interdigital webs of the developing mouse limb. Mech Dev 113:111–120.
Mackay A.M., Beck S.C., Murphy J.M., Barry F.P., Chichester C.O. and Pittenger M.F. (1998) Chondrogenic differentiation of cultured human mesenchymal stem cells from marrow. Tissue Eng 4:415–428.
Chimal-Monroy J. and Diaz de Leon L. (1999) Expression of Ncadherin, N-CAM, fibronectin and tenascin is stimulated by TGF-beta1, beta2, beta3 and beta5 during the formation of precartilage condensations. Int J Dev Biol 43:59–67.
Pittenger M.F., Mosca J.D. and McIntosh K.R. (2000) Human mesenchymal stem cells: progenitor cellsfor cartilage, bone, fat and stroma. Curr Top Microbiol Immunol 251:3–11.
Sekiya I., Vuoristo J.T., Larson B.L. and Prockop D.J. (2002) In vitro cartilage formation by human adult stem cells from bone marrow stroma defines the sequence of cellular and molecular events during chondrogenesis. Proc Natl Acad Sci USA 99: 4397–4402.