MORPHOLOGICAL RESULTS OF IMPLANTATION OF POLYHYDROXYALKANOATE IN THE FORM OF ULTRATHIN FIBERS WITH ADSORBED MULTIPOTENT MESENCHYMAL STROMAL CELLS
According to the literature, polyhydroxyalkanoates (PHA) contribute to the proliferation and differentiation of multipotent stromal cells (MSC), polymer degradation is slow, without necrotic, inflammatory, sclerotic or other undesirable processes in nearby tissues. The results of the influence of autologous MSC of bone marrow origin (AMSCBMO), adsorbed on PHA in the form of ultrathin fibers, on the inflammatory process that accompanies the implantation of this polymer in the experiment were studied by method of light microscopy. No adhesion of AMSCBMO to the surface of the polymer during passive adsorption was found. Extensive granulomas of foreign bodies were formed around PHA, significant inflammatory and necrotic changes of the tissues in these granulomas were detected. After the introduction of the polymer both without AMSCBMO and with adsorbed AMSCBMO there was a gradual slow decrease in the volume density of the vessels. In the granulomas, it is possible to note the high number of all cellular elements, the early appearance and the rapid increase in the relative number of giant cells of foreign bodies, all this also did not connected with the use of cellular technologies. Apparently, if the changes caused by AMSCBMO adsorption were, nevertheless, they were either masked or very quickly leveled by a expressiveness inflammatory reaction caused by the presence of a PHA-based polymer in the tissues. Thus, the obtained histological data completely contradicts the results of researchers showing biocompatibility, the absence of inflammatory and necrotic changes in the site of PHA introduction into the organism, as well as good adhesion of cultured cells, including MSC, to it.
Download file
Counter downloads: 114
Keywords
мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, полигидроксиалканоаты, воспаление, макрофаги, гигантские клетки инородных тел, multipotent mesenchymal stromal cells, polyhydroxyalkanoates, inflammation, macrophages, giant cells of foreign bodiesAuthors
| Name | Organization | |
| Maiborodin I.V. | Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch, Russian Academy of Science | imai@mail.ru |
| Mikheeva T.V. | Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch, Russian Academy of Science | tatiana.perrin@gmail.com |
| Khomenyuk S.V. | Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch, Russian Academy of Science | xoma774@ngs.ru |
| Yarin G.Yu. | Novosibirsk Research Institute of Traumatology and Orthopaedics named after Ya.L. Tsiviyan | metrogyl@yandex.ru |
| Vilgelmi I.A. | Novosibirsk Research Institute of Traumatology and Orthopaedics named after Ya.L. Tsiviyan | tatiana.perrin@gmail.com |
| Maiborodina V.I. | Institute of Molecular Pathology and Pathomorphology, Federal Research Center of Fundamental and Translational Medicine” | mai_@mail.ru |
| Shevela A.I. | Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch, Russian Academy of Science |
References
Amass W., Amass A., Tighe B.A. Review of biodegradale polymers: uses, current developments in the synthesis and characterization of biodegradable polyesters, blends of biodegradable polymers and recent advances in biodegradation studies. Polym. Int. 1998;47:89-144.
Sudesh K. Microbial polyhydroxyalkanoates (PHAs): an emerging biomaterial for tissue engineering and therapeutic applications. Med. J. Malaysia. 2004;59:55-66.
Волова Т.Г., Гладышев М.И., Трусова М.Ю., Жила И.О., Картушинская М.В. Деградация биопластиков в природной среде. Доклады Академии наук. 2004;397(5):703-710.
Coskun S., Korkusuz F., Hasirci V. Hydroxyapatite reinforced poly(3-hydroxybutyrate) and polyt3hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) based degradable composite bone plate. J. Biomat. Sci. Polymer Ed. 2005;16:1485-502.
Шишацкая Е.И. Клеточные матриксы из резорбируемых полигидроксиалканоатов. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2007;2(2):68-75.
Shishatskaya E.I., Voinova O.N., Goreva A.V., Mogilnaya O.A., Volova T.G. Biocompatibility of polyhydroxybutyrate microspheres: in vitro and in vivo evaluation. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2008;19(6):2493-doi: 10.1007/s10856-007-3345-6.
Шишацкая Е.И., Горева А.В., Войнова О.Н., Инжеваткин Е.В., Хлебопрос Р.Г., Волова Т.Г. Оценка противоопухолевой эффективности рубомицина, депонированного в резорбируемые полимерные микрочастицы. Бюл. эксп. биол. мед. 2008;145(3):333-6.
Войнова О.Н., Калачева Г.С., Гродницкая И.Д., Волова Т.Г. Микробные полимеры в качестве разрушаемой основы для доставки пестицидов. Прикладная биохимия и микробиология. 2009;45(4):427-31
Шишацкая Е.И., Камендов И.В., Старосветский С.И., Волова Т.Г. Исследование остеопластических свойств матриксов из резорбируемого полиэфира гидроксимасляной кислоты. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2008;3(4): 41-47
Ahmed T., Maral H., Lawless M., Wanandy N.S., Chiu A., Foster L.J. Polyhydroxybutyrate and its Copolymer with Polyhydroxyvalerate as Biomaterials: Influence on Progression of Stem Cell Cycle. Biomacromolecules. 2010;11(10):2707-15. doi: 10.1021/bm1007579.
Ke Y., Wang Y., Ren L. Surface modification of PHBV scaffolds via UV polymerization to improve hydrophilicity. J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 2010;21(12):1589-602. doi: 10.1163/092050609X12520505439788.
Wang L., Wang Z.H., Shen C.Y., You M.L., Xiao J.F., Chen G.Q. Differentiation of human bone marrow mesenchymal stem cells grown in terpolyesters of 3-hydroxyalkanoates scaffolds into nerve cells. Biomaterials. 2010;31(7):1691-8. doi: 10.1016/j.biomaterials.2009.11.053.
Шишацкая Е.И., Волова Т.Г, Гордеев С.А., Пузырь А.П. Биодеградация шовных нитей на основе полиоксиалканоатов в биологических средах. Перспективные материалы. 2002;(2):56-62.
Deng Y., Zhao K., Zhang X.F., Hu P., Chen G.Q. Study on the three-dimensional proliferation of rabbit articular cartilage-derived chondrocytes on polyhydroxyalkanoate scaffolds. Biomaterials. 2002 Oct;23(20):4049-56.
Xu X.Y., Li X.T., Peng S.W., Xiao J.F., Liu C., Fang G., Chen K.C., Chen G.Q. The behaviour of neural stem cells on polyhydroxyalkanoate nanofiber scaffolds. Biomaterials. 2010;31(14):3967-75. doi: 10.1016/j.biomaterials. 2010.01.132.
Dong Y., Li P., Chen C.B., Wang Z.H., Ma P., Chen G.Q. The improvement of fibroblast growth on hydrophobic biopolyesters by coating with polyhydroxyalkanoate granule binding protein PhaP fused with cell adhesion motif RGD. Biomaterials. 2010;31(34):8921-30. doi: 10.1016/j.biomaterials.2010.08.001.
Шишацкая Е.И., Волова T.Г., Маркелова Н.М., Винник Ю.С., Черданцев Д.В., Гавриленко Е.С., Кузнецов М.Н., Белецкий И.И., Зыкова Л.Д. Первые результаты применения биодеградируемого шовного материала на основе линейного полиэфира 3-гидроксимасляной кислоты. Успехи современного естествознания. 2008;(9):106-9.
Шишацкая Е.И., Горева А.В., Войнова О.Н., Калачева Г.С., Волова Т.Г. Распределение и резорбция полимерных микрочастиц в тканях внутренних органов лабораторных животных при внутривенном введении. Бюл. эксперим. биологии и медицины. 2009;148(11):542-6. doi: 10.1007/s10517-010-0817-3
Майбородин И.В., Шевела А.И., Шеплев Б.В., Колесников И.С., Матвеева В.А., Дровосеков М.Н., Шевела А.А., Козодий Д.М., Выборнов М.С. Применение биодеградируемых полигидроксиалканоатов после повреждения кости нижней челюсти в эксперименте. Клиническая стоматология. 2010;(4):54-7.
Майбородин И.В., Шевела А.И., Береговой Е.А., Матвеева В.А., Ангельский А.А., Дровосеков М.Н. Внутрисуставная имплантация материалов из биодеградируемых полигидроксиалканоатов в эксперименте. Травматология и ортопедия России. 2011;59(1):67-75.
Майбородин И.В., Шевела А.И., Анищенко В.В., Матвеева В.А., Шевела А.А., Дровосеков М.Н., Власов В.В. Особенности реакции тканей крыс на внутрибрюшинные имплантаты из биодеградируемого полигидроксиалканоата. Морфология. 2011;139(2):62-6.
Майбородин И.В., Шевела А.И., Матвеева В.А. и др. Морфологические изменения тканей после имплантации упругих пластинчатых инородных тел в эксперименте. Морфология. 2012;141(2):54-60.
Майбородин И.В., Шевела А.И., Морозов В.В., Новикова Я.В., Матвеева В.А., Дровосеков М.Н., Баранник М.И. Реакция тканей крыс на имплантацию полигидроксиалканоата в состоянии пленок и ультратонких волокон. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2012;154(9):365-70.
Carty F., Mahon B.P., English K. The influence of macrophages on mesenchymal stromal cell therapy: passive or aggressive agents? Clin. Exp. Immunol. 2017;188(1):1-11. doi: 10.1111/cei.12929.
Conklin L.S., Hanley P.J., Galipeau J., Barrett J., Bollard C.M. Intravenous mesenchymal stromal cell therapy for inflammatory bowel disease: Lessons from the acute graft versus host disease experience. Cytotherapy. 2017;19(6):655-67. doi: 10.1016/j.jcyt.2017.03.006.
Qiu G., Zheng G., Ge M., Huang L., Tong H., Chen P. et al. Adipose-derived mesenchymal stem cells modulate CD14(++)CD16(+) expression on monocytes from sepsis patients in vitro via prostaglandin E2. Stem Cell. Res. Ther. 2017;8(1):97. doi: 10.1186/s13287-017-0546-x.
Shree N., Venkategowda S., Venkatranganna M.V., Bhonde R.R. Treatment with adipose derived mesenchymal stem cells and their conditioned media reverse carrageenan induced paw oedema in db/db mice. Biomed. Pharmacother. 2017;90:350-3. doi: 10.1016/j.biopha.2017.03.090.
Takeyama H., Mizushima T., Uemura M., Haraguchi N., Nishimura J., Hata T. et al. Adipose-derived stem cells ameliorate experimental murine colitis via tsp-1-dependent activation of latent TGF-. Dig. Dis. Sci. 2017;62(8):1963-74 doi: 10.1007/s10620-017-4578-y.
Майбородин И.В., Морозов В.В., Аникеев А.А., Фигуренко Н.Ф., Маслов Р.В., Частикин Г.А., Матвеева В.А., Майбородина В.И. Макрофагальный ответ у крыс на введение мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в регион хирургической травмы. Новости хирургии. 2017;25(3):233-241.
Майбородин И.В., Маслов Р.В., Михеева Т.В., Еловский А.А., Фигуренко Н.Ф., Майбородина В.И., Шевела А.И., Анищенко В.В. Макрофагальная адсорбция мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток как доказательство их миграции по сосудам после тканевой инъекции. Молекулярная медицина. 2018;16(4):56-61
Крымский Л.Д., Нестайко Г.В., Рыбалов А.В. Растровая электронная микроскопия сосудов и крови. М.: Медицина, 1976. 168 с.
Волкова О.В., Шахламов В.А., Миронов А.А. Атлас сканирующей электронной микроскопии клеток, тканей и органов. М.: Медицина, 1987. 464 с.
Шевела А.А., Тодер М.С., Матвеева В.А., Артемьева Л.В., Матвеев А.Л., Мейснер С.Н., Мейснер Л.Л., Шевела А.И., Аникеев А.А., Фигуренко Н.Ф., Маслов Р.В., Байбородин С.И., Майбородин И.В. Химически чистое кремниевое и танталовое покрытие не токсично для мезенхимальных стромальных клеток и усиливает цитосовместимость электрополированного сплава никелида титана. Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2017;20(3(62)):45-50.
Head J.R., Seeling L.L. Jr. Lymphatic vessels in the uterine endometrium of virgin rats. J. Reprod. Immunol. 1984;6(3):157-66.
Cronce M.J,, Faulknor R.A., Pomerantseva I., Liu X.H., Goldman S.M., Ekwueme E.C., Mwizerwa O., Neville C.M., Sundback C.A. In vivo response to decellularized mesothelium scaffolds. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2018;106(2):716-725. doi: 10.1002/jbm.b.33879.
Segreto F., Carotti S., Marangi G.F., Tosi D., Zingariello M., Pendolino A.L., Sancillo L., Morini S., Persichetti P. The role of angiogenesis, inflammation and estrogen receptors in breast implant capsules development and remodeling. J Plast Reconstr Aesthet Surg. 2018;71(5):637-643. doi: 10.1016/j.bjps.2017.12.003.
Truong T., Jones K.S. Capsaicin reduces PLGA-induced fibrosis by promoting M2 macrophages and suppressing overall inflammatory Response. J Biomed Mater Res A. 2018;106(9):2424-2432. doi: 10.1002/jbm.a.36436.
Fredriksson M.I., Gustafsson A.K., Bergstrom K.G., Asman B.E. Constitutionally hyperreactive neutrophils in periodontitis. J. Periodontol. 2003;74(2):219-24.
