Оценка структурных и биологических характеристик децеллюляризованного матрикса из Вартонова студня пуповины человека

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Введение. Вартонов студень пуповины человека – соединительная ткань внеэмбрионального происхождения, характеризующаяся признаками эмбрионального фенотипа, которые проявляются в ускоренной регенерации повреждений и безрубцовом заживлении ран плода. Децеллюляризация представляет собой технологию удаления клеток и клеточных компонентов из биологического материала с сохранением основных структурных и композиционных характеристик внеклеточного матрикса.

Цель исследования – оценка структурных и биологических характеристик децеллюляризованного матрикса из Вартонова студня пуповины человека.

Материал и методы. Децеллюляризацию осуществляли с использованием детергентного метода – обработкой стерильным раствором додецилсульфата натрия в концентрации 0,01% в течение 24 ч при комнатной температуре. Компонентный состав Вартонова студня пуповины человека до и после процесса децеллюляризации оценивали с использованием методов спектрального анализа. Для изучения биологических характеристик децеллюляризованного матрикса из Вартонова студня пуповины человека использовали МТТ-тест и модель подкожной имплантации на мышах.

Результаты. Содержание общего коллагена по гидроксипролину в Вартоновом студне пуповины человека до децеллюляризации составило от 244,8 до 507,2 мкг/мг, после – от 398,9 до 777,3 мкг/мг, гиалуроновой кислоты и сульфатированных гликозаминогликанов – от 11,5 до 16,5 и от 16,1 до 22,5 мкг/мг до децеллюляризации и от 15,6 до 22,1 и от 25,6 до 29,6 мкг/мг после децеллюляризации соответственно. В Вартоновом студне пуповины человека идентифицированы множественные типы коллагена (I, III, IV, V, VI, XII), а также фибронектин, люмикан, декорин, бигликан и тенасцин. Выявлено отсутствие цитотоксичности модельных сред на основе экстрактов из децеллюляризованного матрикса из Вартонова студня пуповины человека. При подкожной имплантации мышам не наблюдалось признаков отторжения и усиленной клеточной реакции воспаления.

Выводы. Показана практическая возможность разработки лекарственного препарата и/или медицинского изделия для регенеративной медицины на основе децеллюляризованного матрикса из Вартонова студня пуповины человека.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. В. Товпеко

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: tovpeko.dmitry@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0286-3056
SPIN-код: 3698-4656

мл. науч. сотрудник научно-исследовательской лаборатории (военной терапии) научно-исследовательского отдела (экспериментальной медицины) научно-исследовательского центра

Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д.6 литера ж

А. А. Кондратенко

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны Российской Федерации; ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава Российской Федерации

Email: kondraa24@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8511-5864
SPIN-код: 1668-3497

к.б.н., науч. сотрудник научно-исследовательской лаборатории (клеточных технологий) научно-исследовательского отдела (медико-биологических исследований) научно-исследовательского центра, ст. преподаватель кафедры гистологии и эмбриологии имени профессора А.Г. Кнорре

Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д.6 литера ж; 194100, Санкт-Петербург, Литовская ул., д.2

М. С. Околитенко

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны Российской Федерации

Email: matveyoko@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-4011-1699
SPIN-код: 4319-3889

курсант 3 факультета (подготовки врачей для Воздушно-космических сил)

Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д.6 литера ж

Д. В. Рагузина

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны Российской Федерации

Email: daryavyacheslavovna@inbox.ru
ORCID iD: 0009-0008-0526-5557
SPIN-код: 9154-8250

мл. науч. сотрудник научно-исследовательской лаборатории (экспертизы воды и продовольствия) научно-исследовательского отдела (питания и водоснабжения) научно-исследовательского центра

Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д.6 литера ж

Б. А. Закопайко

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны Российской Федерации

Email: bogdanzakopayko@gmail.com
ORCID iD: 0009-0004-9762-0886
SPIN-код: 1589-8989

мл. науч. сотрудник научно-исследовательской лаборатории (военной терапии) научно-исследовательского отдела (экспериментальной медицины) научно-исследовательского центра

Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д.6 литера ж

А. Г. Миттенберг

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны Российской Федерации; ФГБУН Институт цитологии Российской академии наук

Email: a.mittenberg@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3675-0597
SPIN-код: 4791-0747

к.б.н., ст. науч. сотрудник научно-исследовательской лаборатории (клеточных технологий) научно-исследовательского отдела (медико-биологических исследований) научно-исследовательского центра вед. науч. сотрудник, руководитель группы протеомики и масс-спектрометрии Центра клеточных технологий

Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д.6 литера ж; 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр-кт, д.4

С. В. Шабельников

ФГБУН Институт цитологии Российской академии наук

Email: buddasvami@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5693-5310
SPIN-код: 1951-4801

к.б.н., ст. науч. сотрудник группы протеомики и масс-спектрометрии Центра клеточных технологий

Россия, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр-кт, д.4

Е. С. Лапина

ФГБУН Институт цитологии Российской академии наук

Email: kathie.lap@yandex.ru

ст. лаборант-исследователь лаборатории клеточных биотехнологий Центра клеточных технологий

Россия, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр-кт, д.4

Э. И. Александер-Синклер

ФГБУН Институт цитологии Российской академии наук

Email: elga.aleks@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6704-3062
SPIN-код: 2548-5932

науч. сотрудник лаборатории клеточных биотехнологий Центра клеточных технологий

Россия, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр-кт, д.4

Д. А. Земляной

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава Российской Федерации

Email: zemlianoj@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4716-809X
SPIN-код: 3871-7531

к.м.н., доцент, доцент кафедры общей гигиены

Россия, 194100, Санкт-Петербург, Литовская ул., д.2

Э. А. Баграмян

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны Российской Федерации

Email: elin.bagramian@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0009-8650-2426

аспирант кафедры акушерства и гинекологии

Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д.6 литера ж

В. Е. Чернов

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны Российской Федерации; ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт»

Email: vechernov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2440-3782
SPIN-код: 8315-1161

к.б.н., ст. науч. сотрудник научно-исследовательской лаборатории (клеточных технологий) научно-исследовательского отдела (медико-биологических исследований) научно-исследовательского центра, старший научный сотрудник отдела светофизиологии растений и биопродуктивности агроэкосистем

Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д.6 литера ж; 195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр-кт, д.14

Л. И. Калюжная

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Минобороны Российской Федерации

Email: terrestra@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6698-4872
SPIN-код: 1348-3306

д.м.н., ст. науч. сотрудник научно-исследовательской лаборатории (тканевой инженерии) научно-исследовательского отдела (медико-биологических исследований) научно-исследовательского центра

Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, д.6 литера ж

Список литературы

  1. Yi S., Ding F., Gong L., Gu X. Extracellular matrix scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine. Current stem cell research & therapy. 2017; 12(3): 233–246. doi: 10.2174/1574888X11666160905092513.
  2. Vilaça-Faria H., Noro J., Reis R. L., Pirraco R. P. Extracellular matrix-derived materials for tissue engineering and regenerative medicine: A journey from isolation to characterization and application. Bioactive materials. 2024; 34: 494–519. doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.01.004.
  3. Kočí Z., Výborný K., Dubišová J. et al. Extracellular matrix hydrogel derived from human umbilical cord as a scaffold for neural tissue repair and its comparison with extracellular matrix from porcine tissues. Tissue engineering. Part C, Methods. 2017; 23(6): 333–345. doi: 10.1089/ten.TEC.2017.0089.
  4. Beiki B., Zeynali B., Seyedjafari E. Fabrication of a three dimensional spongy scaffold using human Wharton's jelly derived extra cellular matrix for wound healing. Materials science & engineering. C, Materials for biological applications. 2017; 78: 627–638. doi: 10.1016/j.msec.2017.04.074.
  5. Protzman N. M., Mao Y., Long D. et al. Placental-derived biomaterials and their application to wound healing: a review. Bioengineering (Basel, Switzerland). 2023; 10(7): 829. doi: 10.3390/bioengineering10070829.
  6. Kang S., Shi X., Chen Y. et al. Injectable decellularized Wharton's jelly hydrogel containing CD56+ umbilical cord mesenchymal stem cell-derived exosomes for meniscus tear healing and cartilage protection. Materials today. Bio. 2024; 29: 101258. doi: 10.1016/j.mtbio.2024.101258.
  7. Neto A. E., Foltz K. M., Fuchs T. et al. Decellularized Wharton's jelly and amniotic membrane demonstrate potential therapeutic implants in tracheal defects in rabbits. Life (Basel, Switzerland). 2024; 14(6): 782. doi: 10.3390/life14060782.
  8. Fu Y. S., Tsai S. W., Tong Z. J. et al. Wharton's jelly of the umbilical cord serves as a natural biomaterial to promote osteogenesis. Biomaterials Science. 2024; 12(24): 6284–6298. doi: 10.1039/d3bm02137h.
  9. Товпеко Д. В., Кондратенко А. А., Калюжная Л. И. и др. Биотехнологический бесклеточный неиммуногенный продукт сохраняет основные регенеративные структурные компоненты пуповины человека. Биотехнология. 2023; 39(1): 49–59. [Tovpeko D. V. Kondratenko A. A. Kalyuzhnaya L. I. et al. Biotechnological cell-free non-immunogenic product preserves the main regenerative structural components of the human umbilical cord. Biotekhnologiya. 2023; 39(1): 49–59. (In Russ.)] doi: 10.56304/S0234275823010118.
  10. Патент РФ на изобретение RU 2795904 C1. Калюжная-Земляная Л. И., Товпеко Д. В., Кондратенко А. А. и др. Способ изготовления бесклеточного матрикса из пуповины человека для создания высокорегенеративного раневого покрытия. 2023. [Patent RF na izobretenie RU 2795904 С1. Kalyuzhnaya-Zemlyanaya L.I., Tovpeko D.V., Kondratenko A.A. et al. Method for manufacturing cell-free matrix from human umbilic cord to create highly generative wound covering. 2023. (In Russ.)].
  11. Игнатьева Н. Ю., Данилов Н. А., Аверкиев С. В. и др. Определение гидроксипролина в тканях и оценка содержания в них коллагена. Журнал аналитической химии. 2007; 62(1): 59–65. [Ignat’eva N.Yu., Danilov N.A., Averkiev S.V. et al. Determination of hydroxyproline in tissues and the evaluation of the collagen content of the tissues. Zhurnal analiticheskoj himii. 2007; 62(1): 59–65. (In Russ.)].
  12. Iimaa T., Ikegami Y., Bual R. et al. Analysis of sulfated glycosaminoglycans in ECM Scaffolds for tissue engineering applications: modified alcian blue method development and validation. Journal of functional biomaterials. 2019; 10(2): 19. doi: 10.3390/jfb10020019
  13. Crapo P. M., Gilbert T. W., Badylak S. F. An overview of tissue and whole organ decellularization processes. Biomaterials. 2011; 32(12): 3233–3243. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.01.057.
  14. Keller S., Liedek A., Shendi D. et al. Eclectic characterisation of chemically modified cell-derived matrices obtained by metabolic glycoengineering and re-assessment of commonly used methods. RSC advances. 2020; 10(58): 35273–35286. doi: 10.1039/d0ra06819e.
  15. Tarnutzer K., Siva Sankar D., Dengjel J., Ewald C. Y. Collagen constitutes about 12% in females and 17% in males of the total protein in mice. Scientific reports. 2023; 13(1): 4490. doi: 10.1038/s41598-023-31566-z.
  16. Capella-Monsonís H., Coentro J. Q., Graceffa V. et al. An experimental toolbox for characterization of mammalian collagen type I in biological specimens. Nature protocols. 2018; 13(3): 507–529. doi: 10.1038/nprot.2017.117.
  17. Yang P., Lu Y., Gou W. et al. Glycosaminoglycans' ability to promote wound healing: from native living macromolecules to artificial biomaterials. Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany). 2024; 11(9): e2305918. doi: 10.1002/advs.202305918.
  18. Leahy T. P., Fung A. K., Weiss S. N. et al. Investigating the temporal roles of decorin and biglycan in tendon healing. Journal of orthopaedic research: official publication of the Orthopaedic Research Society. 2023; 41(10): 2238–2249. doi: 10.1002/jor.25590.
  19. Karamanou K., Perrot G., Maquart F. X., Brézillon S. Lumican as a multivalent effector in wound healing. Advanced drug delivery reviews. 2018; 129: 344–351. doi: 10.1016/j.addr.2018.02.011.
  20. Кузьмичева В. И., Волова Л. Т., Гильмиярова Ф. Н. и др. Фибробласты как объект изучения пролиферативной активности in vitro. Наука и инновации в медицине. 2020; 5(3): 210–215. [Kuzmicheva V. I., Volova L. T., Gilmiyarova F. N. et al. Fibroblasts as the subject of proliferative activity research in vitro. Science and Innovations in Medicine. 2020; 5(3): 210–215. (In Russ.)]. doi: 10.35693/2500-1388-2020-5-3-210-215.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис 1. Схема получения децеллюляризованного матрикса из Вартонова студня пуповины человека

Скачать (70KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Содержание гидроксипролина (слева) и рассчитанное содержание общего коллагена с использованием коэффициента 0,135 (справа) в Вартоновом студне пуповины человека до и после процесса децеллюляризации

Скачать (124KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Содержание гиалуроновой кислоты (слева) и сульфатированных гликозаминогликанов (справа) в Вартоновом студне пуповины человека до и после процесса децеллюляризации

Скачать (112KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Протеомный профиль Вартонова студня пуповины человека до и после децеллюляризации

Скачать (76KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Жизнеспособность фибробластов дермы человека, культивируемых в модельных средах на основе экстрактов из децеллюляризованного матрикса из Вартонова студня пуповины человека, добавленных сразу после адгезии (слева) и через 24 ч после адгезии клеток (справа) (критерий Тьюки: *** – p <0,0001, ** – p <0,001, * – p <0,1, ns – не является статистически значимым по сравнению с контролем)

Скачать (93KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Морфология фибробластов дермы человека, культивируемых в модельных средах на основе экстрактов из децеллюляризованного матрикса из Вартонова студня пуповины человека, добавленных сразу после адгезии (слева) и через 24 ч после адгезии клеток (справа)

Скачать (327KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Децеллюляризованный матрикс из Вартонова студня пуповины человека под кожей мыши на разные сутки после имплантации. Окраска гематоксилином и эозином

Скачать (3MB)
Метаданные

© ИД "Русский врач", 2025