Особливості впливу екзосом, виділених із плазми донорів та з кондиційного середовища мезенхімальних стромальних клітин плаценти, на паракринну секрецію мононуклеарних клітин периферичної крові людини

Автор(и)

  • Л. В. Натрус Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ, Україна, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-1763-0618
  • Ю. Г. Клись Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ, Україна, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-4401-803X
  • Д. О. Лабудзинський Інститут біохімії імені О. В. Палладіна Національної академії наук України, м. Київ, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-4389-6049
  • П. А. Черновол Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ, Україна, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-7478-6921
  • Р. Н. Хайрнасов Національний університет охорони здоров’я України імені П. Л. Шупика, м. Київ, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7092-6752
  • П. Ф. Музиченко Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ, Україна, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-7876-106X
  • І. М. Рижко Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ, Україна, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-0588-7969

DOI:

https://doi.org/10.14739/2310-1210.2022.4.251058

Ключові слова:

екзосоми, хронічна серцева недостатність, мезенхімальні стромальні клітини плаценти, VEGF-А, МСР-1, ІСАМ-1

Анотація

Позаклітинні дрібнорозмірні везикули – екзосоми – привертають увагу дослідників як перспективний інструмент регулювання міжклітинної комунікації. Терапевтичні ефекти, досягнуті за допомогою використання мезенхімальних стовбурових клітин (MSC), традиційно в медицині визначають як перевірену часом, багатовекторну стратегію лікування різних патологій. Так, окрім застосування безпосередньо MSC, актуальним є дослідження продуктів їх секреції.

Мета роботи – вивчити особливості впливу екзосом, виділених із плазми крові здорових донорів і з кондиційного середовища культивування MSC плаценти, на паракринну секрецію мононуклеарних клітин крові пацієнтів із хронічною серцевою недостатністю (ХСН) in vitro.

Матеріали та методи. Дослідження особливостей паракринної секреції мононуклеарних клітин крові пацієнтів із ХСН за вмістом протеїнів VEGF-А, МСР-1, ICAM-1 у середовищі їх культивації здійснили у двох напрямках експерименту: під дією екзосом, виділених із плазми крові здорових донорів, та екзосом, що виділені з середовища культивування MSC плаценти.

Результати. Інкубація мононуклеарних клітин периферичної крові (peripheral blood mononuclear cell, РВМС) із плазматичними екзосомами сприяла підвищенню секреції VEGF-А у групі здорових донорів у 2,73 раза (р ≤ 0,05), у пацієнтів із ХСН – удвічі (р ≤ 0,05), а також мала різноспрямований ефект на вміст протеїну ICAM-1: в групі донорів він підвищувався в 1,8 раза (р ≤ 0,05), а в групі пацієнтів із ХСН зменшувався в 1,4 раза (р ≤ 0,05); секреція МСР-1 у групі донорів недостовірно знижувалася на 10 % та вірогідно не змінювалася у пацієнтів. Інкубація РВМС з екзосомами, що виділені з кондиційного середовища MSC, не викликала достовірних змін паракринної секреції РВМС: у групі здорових добровольців спостерігали зменшення секреції VEGF-А на 25 %, ICAM-1 – на 17 %, MCP-1 – на 22 %; у групі пацієнтів із ХСН секреція цих протеїнів зменшувалася на 19,7 %, 22,0 % та 25,0 % відповідно. Ефекти, що спостерігали при інкубації мононуклеарних клітин крові з екзосомами, виділеними з плазми крові здорових донорів і з кондиційного середовища культивування MSC плаценти, дають цінну інформацію щодо дизайну майбутніх досліджень у цьому напрямі клітинної біології.

Висновки. Дослідження на моделі in vitro показали особливості впливу екзосом, що виділені з плазми донорів і кондиційного середовища, на функціональні властивості мононуклеарних клітин периферичної крові людини.

Біографії авторів

Л. В. Натрус, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ, Україна

д-р мед. наук, професор, зав. каф. сучасних технологій медичної діагностики та лікування

Ю. Г. Клись, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ, Україна

канд. біол. наук, зав. лабораторії експериментальних досліджень Науково-дослідного інституту експериментальної та клінічної медицини

Д. О. Лабудзинський, Інститут біохімії імені О. В. Палладіна Національної академії наук України, м. Київ

канд. біол. наук, науковий співробітник

П. А. Черновол, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ, Україна

асистент каф. сучасних технологій медичної діагностики та лікування

Р. Н. Хайрнасов, Національний університет охорони здоров’я України імені П. Л. Шупика, м. Київ

канд. мед. наук, асистент каф. терапії

П. Ф. Музиченко, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ, Україна

д-р мед. наук, професор каф. оперативної хірургії та топографічної анатомії

І. М. Рижко, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ, Україна

асистент каф. сучасних технологій медичної діагностики та лікування

Посилання

Inamdar, A. A., & Inamdar, A. C. (2016). Heart Failure: Diagnosis, Management and Utilization. Journal of clinical medicine, 5(7), 62. https://doi.org/10.3390/jcm5070062

Bernardi, S., & Balbi, C. (2020). Extracellular Vesicles: From Biomarkers to Therapeutic Tools. Biology, 9(9), 258. https://doi.org/10.3390/biology9090258

van Niel, G., D'Angelo, G., & Raposo, G. (2018). Shedding light on the cell biology of extracellular vesicles. Nature reviews. Molecular cell biology, 19(4), 213-228. https://doi.org/10.1038/nrm.2017.125

Wang, A. (2021). Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Exosomes as a New Therapeutic Strategy for Various Diseases. International journal of molecular sciences, 22(4), 1769. https://doi.org/10.3390/ijms22041769

Fan, X. L., Zhang, Y., Li, X., & Fu, Q. L. (2020). Mechanisms underlying the protective effects of mesenchymal stem cell-based therapy. Cellular and molecular life sciences : CMLS, 77(14), 2771-2794. https://doi.org/10.1007/s00018-020-03454-6

Planat-Benard, V., Varin, A., & Casteilla, L. (2021). MSCs and Inflammatory Cells Crosstalk in Regenerative Medicine: Concerted Actions for Optimized Resolution Driven by Energy Metabolism. Frontiers in immunology, 12, 626755. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.626755

Rani, S., Ryan, A. E., Griffin, M. D., & Ritter, T. (2015). Mesenchymal Stem Cell-derived Extracellular Vesicles: Toward Cell-free Therapeutic Applications. Molecular therapy, 23(5), 812-823. https://doi.org/10.1038/mt.2015.44

Yin, K., Wang, S., & Zhao, R. C. (2019). Exosomes from mesenchymal stem/stromal cells: a new therapeutic paradigm. Biomarker research, 7, 8. https://doi.org/10.1186/s40364-019-0159-x

Jafarinia, M., Alsahebfosoul, F., Salehi, H., Eskandari, N., & Ganjalikhani-Hakemi, M. (2020). Mesenchymal Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles: A Novel Cell-Free Therapy. Immunological investigations, 49(7), 758-780. https://doi.org/10.1080/08820139.2020.1712416

Varderidou-Minasian, S., & Lorenowicz, M. J. (2020). Mesenchymal stromal/stem cell-derived extracellular vesicles in tissue repair: challenges and opportunities. Theranostics, 10(13), 5979-5997. https://doi.org/10.7150/thno.40122

Natrus, L. V., Muzychenko, P. F., Labudzynskyi, D. O., Chernovol, P. A., & Klys, Y. G. (2020). Plasma exosomes impact on paracrine secretion of peripheral blood mononuclear cells in patients with chronic heart failure. Fiziologichnyi Zhurnal, 66(6), 21-32. https://doi.org/10.15407/fz66.06.021

Riedhammer, C., Halbritter, D., & Weissert, R. (2016). Peripheral Blood Mononuclear Cells: Isolation, Freezing, Thawing, and Culture. Methods in molecular biology (Clifton, N.J.), 1304, 53–61. https://doi.org/10.1007/7651_2014_99

Shablii, V., Kuchma, M., Svitina, H., Skrypkina, I., Areshkov, P., Kyryk, V., Bukreieva, T., Nikulina, V., Shablii, I., & Lobyntseva, G. (2019). High Proliferative Placenta-Derived Multipotent Cells Express Cytokeratin 7 at Low Level. BioMed research international, 2019, 2098749. https://doi.org/10.1155/2019/2098749

Patel, G. K., Khan, M. A., Zubair, H., Srivastava, S. K., Khushman, M., Singh, S., & Singh, A. P. (2019). Comparative analysis of exosome isolation methods using culture supernatant for optimum yield, purity and downstream applications. Scientific reports, 9(1), 5335. https://doi.org/10.1038/s41598-019-41800-2

Pannella, M., Caliceti, C., Fortini, F., Aquila, G., Vieceli Dalla Sega, F., Pannuti, A., Fortini, C., Morelli, M. B., Fucili, A., Francolini, G., Voltan, R., Secchiero, P., Dinelli, G., Leoncini, E., Ferracin, M., Hrelia, S., Miele, L., & Rizzo, P. (2016). Serum From Advanced Heart Failure Patients Promotes Angiogenic Sprouting and Affects the Notch Pathway in Human Endothelial Cells. Journal of cellular physiology, 231(12), 2700-2710. https://doi.org/10.1002/jcp.25373

Khurana, R., Simons, M., Martin, J. F., & Zachary, I. C. (2005). Role of angiogenesis in cardiovascular disease: a critical appraisal. Circulation, 112(12), 1813-1824. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.105.535294

Xu, X. H., Xu, J., Xue, L., Cao, H. L., Liu, X., & Chen, Y. J. (2011). VEGF attenuates development from cardiac hypertrophy to heart failure after aortic stenosis through mitochondrial mediated apoptosis and cardiomyocyte proliferation. Journal of cardiothoracic surgery, 6, 54. https://doi.org/10.1186/1749-8090-6-54

Favaloro, L., Diez, M., Mendiz, O., Janavel, G. V., Valdivieso, L., Ratto, R., Garelli, G., Salmo, F., Criscuolo, M., Bercovich, A., & Crottogini, A. (2013). High-dose plasmid-mediated VEGF gene transfer is safe in patients with severe ischemic heart disease (Genesis-I). A phase I, open-label, two-year follow-up trial. Catheterization and cardiovascular interventions, 82(6), 899-906. https://doi.org/10.1002/ccd.24555

Kukuła, K., Chojnowska, L., Dąbrowski, M., Witkowski, A., Chmielak, Z., Skwarek, M., Kądziela, J., Teresińska, A., Małecki, M., Janik, P., Lewandowski, Z., Kłopotowski, M., Wnuk, J., & Rużyłło, W. (2011). Intramyocardial plasmid-encoding human vascular endothelial growth factor A165/basic fibroblast growth factor therapy using percutaneous transcatheter approach in patients with refractory coronary artery disease (VIF-CAD). American heart journal, 161(3), 581-589. https://doi.org/10.1016/j.ahj.2010.11.023

Jaipersad, A. S., Lip, G. Y., Silverman, S., & Shantsila, E. (2014). The role of monocytes in angiogenesis and atherosclerosis. Journal of the American College of Cardiology, 63(1), 1-11. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2013.09.019

Bouwens, E., van den Berg, V. J., Akkerhuis, K. M., Baart, S. J., Caliskan, K., Brugts, J. J., Mouthaan, H., Ramshorst, J. V., Germans, T., Umans, V., Boersma, E., & Kardys, I. (2020). Circulating Biomarkers of Cell Adhesion Predict Clinical Outcome in Patients with Chronic Heart Failure. Journal of clinical medicine, 9(1), 195. https://doi.org/10.3390/jcm9010195

Lin, Q. Y., Lang, P. P., Zhang, Y. L., Yang, X. L., Xia, Y. L., Bai, J., & Li, H. H. (2019). Pharmacological blockage of ICAM-1 improves angiotensin II-induced cardiac remodeling by inhibiting adhesion of LFA-1+ monocytes. American journal of physiology. Heart and circulatory physiology, 317(6), H1301-H1311. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00566.2019

Bui, T. M., Wiesolek, H. L., & Sumagin, R. (2020). ICAM-1: A master regulator of cellular responses in inflammation, injury resolution, and tumorigenesis. Journal of leukocyte biology, 108(3), 787-799. https://doi.org/10.1002/JLB.2MR0220-549R

Morimoto, H., & Takahashi, M. (2007). Role of monocyte chemoattractant protein-1 in myocardial infarction. International journal of biomedical science : IJBS, 3(3), 159-167.

Morimoto, H., Takahashi, M., Izawa, A., Ise, H., Hongo, M., Kolattukudy, P. E., & Ikeda, U. (2006). Cardiac overexpression of monocyte chemoattractant protein-1 in transgenic mice prevents cardiac dysfunction and remodeling after myocardial infarction. Circulation research, 99(8), 891-899. https://doi.org/10.1161/01.RES.0000246113.82111.2d

Bianconi, V., Sahebkar, A., Atkin, S. L., & Pirro, M. (2018). The regulation and importance of monocyte chemoattractant protein-1. Current opinion in hematology, 25(1), 44-51. https://doi.org/10.1097/MOH.0000000000000389

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-08-01

Номер

Розділ

Оригінальні дослідження