Производные мезенхимальных стромальных клеток: способы получения и область применения в ветеринарной медицине (обзор)

Мезенхимальные стромальные клетки (МСК) представляют собой незрелые клетки организма, которые обладают способностью к пролиферации в различные функционально активные клетки. МСК, введенные в организм, обладают иммуномодулирующими, противовоспалительными, стимулирующими, ангиогенетическими и регенераторными свойствами[1, 3, 4]. Кроме стромальных клеток, терапевтическими свойствами обладают их компоненты – кондиционированные среды (КС) и экзосомы [6]. КС представляют собой комбинацию биомолекул и факторов роста в ростовой среде клеточных культур, ее получают путем центрифугирования, фракционирования и/или фильтрации, при этом состав КС зависит от продолжительности культивирования, питательной среды и добавок, используемых при культивировании, а также номера пассажа и условий, при которых выращивались клетки [7-10]. Экзосомы – это внеклеточные везикулы, секретируемые клетками, диаметром от 20 до 1000 нм, способные инкапсулировать белки и РНК, проникать через плазматическую мембрану или связываться с белками на поверхности рецепторов, транспортируя в клетки-мишени различные вещества [12].Экзосомы получают при помощи методов ультрацентрифугирования, ультрафильтрации и осаждения [13]. Компоненты МСК применяют в различных областях ветеринарной медицины. Например, кондиционированная среда применяется при лечении ран и язв. Исследование авторов Bussche L., Harman R.M. etal. (2015) показывают, что КС, полученная из МСК лошади, стимулирует миграцию фибробластов в условиях invitro, а также повышает уровень экспрессии генов, которые оказывают положительное влияние на заживление ран [18], также бесклеточная терапия способствует уменьшению площади раневой поверхности на 98,47%[19]. Кондиционированные среды используют при лечении переломов и заболеваний опорнодвигательного аппарата. Так, трансплантация экзосом в место перелома стимулирует остеогенез и ангиогенез [22] и способствует более быстрому сращению кости [23]. Также некоторые авторы отмечают благоприятное воздействие при лечении экзосомамиостеоартритов[24, 25]. Кроме этого, исследователи отмечают положительный эффект при использовании компонентов МСК при лечении аллергического ринита, мастита и эндометрита, травмах спинного мозга, а также при криоконсервации сперматозоидов. 

1. Tian Z. Introduction to stem cells / Z. Tian, T. Yu, J. Liu et al. // Progress in Molecular Biology and Translational Science – 2023. – Vol. 199. – P. 3-32

2. Ding D.C. Mesenchymal stem cells / D.C. Ding, W.C. Shyu, S.Z. Lin // Cell Transplantation. – 2011. – 20(1). – P. 5-14

3. Chaudhary D. In vitro And In vivo Immunomodulating Properties of Mesenchymal Stem Cells / D. Chaudhary, R.N. Trivedi, A. Kathuria et al. // Recent Patents on Inflammation and Allergy Drug Discovery. – 2018. – 12(1). – P. 59-68

4. Via A.G. Biological properties of mesenchymal Stem Cells from different sources / A.G. Via, A. Frizziero, F. Oliva // Muscles, Ligaments and Tendons Journal. – 2012. – 2(3). – P. 154-162

5. Alvites R. Mesenchymal Stem/Stromal Cells and Their Paracrine Activity-Immunomodulation Mechanisms and How to Influence the Therapeutic Potential / R. Alvites, M. Branquinho, A.C. Sousa et al. // Pharmaceutics. – 2022. – 14(2). – P. 381

6. Nguyen-Truong M. Current status of myocardial restoration via the paracrine function of mesenchymal stromal cells / M. Nguyen-Truong, P. Hematti, Z. Wang // American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. – 2021. – 321(1). – P. 112-127

7. Smolinská V. Current status of the applications of conditioned media derived from mesenchymal stem cells for regenerative medicine / V. Smolinská, M. Boháč, Ľ . Danišovič // Physiological Research. – 2023. – 72(S3). – P. 233-245

8. Chouaib B. Towards the Standardization of Mesenchymal Stem Cell Secretome-Derived Product Manufacturing for Tissue Regeneration / B. Chouaib, M. Haack-Sørensen, F. Chaubron et al. // International Journal of Molecular Sciences. – 2023. – 24(16): 12594

9. Kusindarta D.L. Conditioned medium derived from bovine umbilical mesenchymal stem cells as an alternative source of cell-free therapy / D.L. Kusindarta, H. Wihadmadyatami // Veterinary World. – 2021. – 14(10). – 2588-2595

10. Yang Y. Hypoxia-Conditioned Mesenchymal Stem Cells in Tissue Regeneration Application / Y. Yang, E.H. Lee, Z. Yang // Tissue Engineering Part B: Reviews. – 2022. – 28(5). – P. 966-97

11. Song S.W. Proteomic Analysis and Identification of Paracrine Factors in Mesenchymal Stem Cell-Conditioned Media under Hypoxia / S.W. Song, K.E. Kim, J.W. Choi et al. // Cellular Physiology and Biochemistry. – 2016. – 40(1-2). – P. 400-410

12. Yu B. Exosomes derived from mesenchymal stem cells / B. Yu, X. Zhang, X. Li // International Journal of Molecular Sciences. – 2014. – 15(3). – P. 4142-4157

13. Klymiuk M.C. Exosomes isolation and identification from equine mesenchymal stem cells / M.C. Klymiuk, N. Balz, M.I. Elashry et al. // BMC Veterinary Research. – 2019. – 15(1). – P. 42

14. Qian X. Immunosuppressive Effects of Mesenchymal Stem Cells-derived Exosomes / X. Qian, N. An, Y. Ren et al. // Stem Cell Reviews and Reports. – 2021. – 17(2). – P. 411-427

15. Arabpour M. Anti-inflammatory and M2 macrophage polarization-promoting effect of mesenchymal stem cellderived exosomes / M. Arabpour, A. Saghazadeh, N. Rezaei // International Immunopharmacology. – 2021. – Vol. 97: 107823

16. Tokhanbigli S. Immunoregulatory impact of human mesenchymal-conditioned media and mesenchymal derived exosomes on monocytes / S. Tokhanbigli, K. Baghaei, A. Asadirad et al. // Molecular Biology Research Communications. – 2019. – 8(2). – P. 79-89

17. Payushina O.V. Effect of Mesenchymal Stromal Cells and Conditioned Media on Healing of Skin Wound / O.V. Payushina, N.N. Butorina, O.N. Sheveleva ON et al. // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. – 2018. – 165(4). – P. 572-575

18. Bussche L. Microencapsulated equine mesenchymal stromal cells promote cutaneous wound healing in vitro / L. Bussche, R.M. Harman, B.A. Syracuse et al. // Stem Cell Research and Therapy. – 2015. – 6(1). – 66

19. Humenik F. Impact of Canine Amniotic Mesenchymal Stem Cell Conditioned Media on the Wound Healing Process: In Vitro and In Vivo Study / F. Humenik, M.Maloveská, N.Hudákováet al. // International Journal of Molecular Sciences. – 2023. – 24(9). – 8214

20. Freitas N.P.P. Freeze-dried Platelet-rich Plasma and Stem Cell-conditioned Medium for Therapeutic Use in Horses / N.P.P. Freitas, B.D.P. Silva, M.R.L. Bezerraet al. // Journal of Equine Veterinary Science. – 2023. – Vol. 121. - 104189

21. Xu Y.F. Bone marrow-derived mesenchymal stem cell -conditioned medium ameliorates diabetic foot ulcers in rats / Y.F. Xu, Y.X. Wu, H.M. Wang et al. // Clinics. – 2023. – Vol. 78. - 100181

22. Zhang L. Exosomes from bone marrow mesenchymal stem cells enhance fracture healing through the promotion of osteogenesis and angiogenesis in a rat model of nonunion / L. Zhang, G. Jiao, S. Ren et al. // Stem Cell Research and Therapy. – 2020. – 11(1) –38

23. Zhang D. Exosomes Derived from Adipose Stem Cells Enhance Bone Fracture Healing via the Activation of the Wnt3a/β-Catenin Signaling Pathway in Rats with Type 2 Diabetes Mellitus / D. Zhang, W. Xiao, C. Liu et al. // International Journal of Molecular Sciences. – 2023. – 24(5). – 4852

24. Contentin R. Bone Marrow MSC Secretome Increases Equine Articular Chondrocyte Collagen Accumulation and Their Migratory Capacities / R. Contentin, M.Jammes, B. Bourdon // International Journal of Molecular Sciences. – 2022. – 23(10) – 5795

25. Huňáková K. Study of bilateral elbow joint osteoarthritis treatment using conditioned medium from allogeneic adipose tissue-derived MSCs in Labrador retrievers / K. Huňáková, M.Hluchý, T.Špakováet al. // Research in Veterinary Science. – 2020. – Vol. 132. – P. 513-520

26. Leal Reis I. Treatment of Equine Tarsus Long Medial Collateral Ligament Desmitis with Allogenic Synovial Membrane Mesenchymal Stem/Stromal Cells Enhanced by Umbilical Cord Mesenchymal Stem/Stromal Cell-Derived Conditioned Medium: Proof of Concept / I. Leal Reis, B. Lopes, P. Sousa et al. // Animals (Basel). – 2024. – 14(3) – 370

27. Ha D.H. Mesenchymal Stem/Stromal Cell-Derived Exosomes for Immunomodulatory Therapeutics and Skin Regeneration / D.H. Ha, H.K. Kim, J. Lee et al. // Cells. – 2020. – 9(5) – 1157

28. Zou W. Conditioned medium from the bone marrow mesenchymal stem cells modulates immune response via signal transduction and activator of transcription 6 signaling pathway in an allergic rhinitis mouse model / W. Zou, P. Zou, J. Zhang et al. // Allergologia et Immunopathologia. – 2022. – 50(4). – P. 105-114

29. Mahiddine F.Y. Conditioned Medium from Canine Amniotic Membrane-Derived Mesenchymal Stem Cells Improved Dog Sperm Post-Thaw Quality-Related Parameters / F.Y. Mahiddine, J.W. Kim, A.Y. Qamar et al. // Animals. – 2020. – 10(10). – 1899

30. Qamar A.Y. Improved Post-Thaw Quality of Canine Semen after Treatment with Exosomes from Conditioned Medium of Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells / A.Y. Qamar, X. Fang, M.J. Kim et al. // Animals. – 2019. – 9(11). – 865

31. Cahuascanco B. Bovine fetal mesenchymal stem cells exert antiproliferative effect against mastitis causing pathogen Staphylococcus aureus / B. Cahuascanco, J.Bahamonde, O.Huaman et al. // Veterinary Research. – 2019. – 50(25).

32. Lange-Consiglio A. Antimicrobial Effects of Conditioned Medium From Amniotic Progenitor Cells in vitro and in vivo: Toward Tissue Regenerative Therapies for Bovine Mastitis / A. Lange-Consiglio, Gusmara C., Manfredi E. et al. // Frontiers in Veterinary Science. – 2019. – Vol. 6.

33. TingWei-JeTherapeutic effects of conditioned – DPBS from amniotic stem cells on lactating cow mastitis / Wei-Je Ting, Shaw S.W., Hii L.-Y. et al. // Taiwanese Journal of Obstetrics and Gynecology. – 2020. – 59(4). – P. 520-526

34. TonguE.A.d.O. Allogenic mesenchymal stem cellconditioned medium does not affect sperm parameters and mitigates early endometrial inflammatory responses in mares / E.A.d.OTongu, L.G.T.M. Segabinazzi, M.L. Alvarenga et al. // Theriogenology. – 2021. – Vol 169. – P. 1-8

35. Bhardwaj R.Stem Cell Conditioned Media Contains Important Growth Factors and Improves In Vitro Buffalo Embryo Production / R. Bhardwaj, M. M. Ansari, M.S. Parmar et al. // Animal Biotechnology. – 2016. – 27(2). – P. 118-125

36. Al Delfi I.R. Canine mesenchymal stem cells are neurotrophic and angiogenic: An in vitro assessment of their paracrine activity / I.R. Al Delfi, J.J. Sheard, C.R. Wood et al. // The Veterinary Journal. – 2016. – Vol. 217. – P. 10-17

37. Humenik F. Impact of mesenchymal stem cells derived conditioned media on neural progenitor cells / F. Humenik, S. Jego, L. Hornakova // General Physiology and Biophysics. – 2021. – 40(6). – P. 551-559

38. Wood C. R.An investigation of canine mesenchymal stem cellsand their secretome in the context of spinal cord injury / C.R. Wood // University of Chester. – 2020

39. Tsai M-J. Attenuating Spinal Cord Injury by Conditioned Medium from Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells / M-J. Tsai, D-Y.Liou, Y-R. Lin et al. // Journal of Clinical Medicine. – 2019. –8(1). – 23.

40. Vikartovska Z. Stem Cell Conditioned Medium Treatment for Canine Spinal Cord Injury: Pilot Feasibility Study / Z. Vikartovska, M.Kuricova, J.Farbakova// International Journal of Molecular Science. – 2020. – 21(14). – 5129.

41. Ahmadi M. Bone marrow mesenchymal stem cells and their conditioned media could potentially ameliorate ovalbumin-induced asthmatic changes / M. Ahmadi, R. Rahbarghazi, M.R.Aslani // Biomedicine and Pharmacotherapy. – 2017. – Vol. 85. – P. 28-40

42. Rahbarghazi R. Bone marrow mesenchymal stem cells and condition media diminish inflammatory adhesion molecules of pulmonary endothelial cells in an ovalbumininduced asthmatic rat model/ R. Rahbarghazi, R. Keyhanmanesh, M.R.Aslani et al. // Microvascular Research. – 2019. – Vol. 121. – P. 63-70

43. Pinheiro D. Effects of mesenchymal stem cells conditioned medium treatment in mice with cholestatic liver fibrosis / D. Pinheiro, I. Dias, T. Freire et al. // Life Sciences. – 2021. – Vol. 281. – 119768

44. Kim H. Preventive Effects of Exosome-Rich Conditioned Medium From Amniotic Membrane-Derived Mesenchymal Stem Cells for Diabetic Retinopathy in Rats / H. Kim, Y.S. Goh, S.E. Park et al. // Translational Vision Science and Technology. – 2023. – 12(8). – 18.