Исследование биораспределения тканеинженерного продукта на основе хондроцитов человека различного происхождения при имплантации мышам линии Balb/c Nude

Целью данной работы было исследовать биораспределение разработанного нами продукта тканевой инженерии (ПТИ) на основе хондроцитов различного генеза в виде 3D-структур (хондросфер) после подкожной имплантации иммунодефицитным мышам линии Balb/c Nude. В начале имплантировали хондросферы на основе хондроцитов человека, хондроцитов из дифференцированных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), в т. ч. линии с нокаутом гена β2m. В течение 9 мес. проводили наблюдение за животными. Далее от мышей после эвтаназии получали образцы органов и тканей для гистологического анализа, оценки состоятельности имплантата, его интеграции и исследования биораспределения методом ПЦР. Хондросферы из дифференцированных производных ИПСК успешно интегрировались в окружающие ткани в зоны инокуляции, формировали хрящевую ткань. В образцах около имплантационной зоны опытных групп животных не было выявлено человеческой ДНК, которую обнаруживали в образцах органов контрольных групп (введение MDA231 и мезенхимальных стволовых клеток). Таким образом, исследуемые образцы ПТИ через 3 и 9 мес. после имплантации демонстрировали отсутствие биораспределения в другие ткани и органы мышей, что свидетельствует в пользу безопасности разрабатываемого препарата.

1. Богомякова М.Е., Еремеев А.В., Лагарькова М.А. «Свой среди чужих»: можно ли создать гипоиммуногенные линии плюрипотентных стволовых клеток? Молекулярная биология. 2019;53(5):725–740. DOI: 10.1134/S0026898419050045

2. Пикина А.С., Голубинская П.А., Ручко Е.С., Коженевская Е.В., Поспелов А.Д., Бабаев А.А., Еремеев А.В. Исследование биораспределения биомедицинского клеточного продукта на основе хондроцитов человека при имплантации мышам линии BALB/C Nude. Медицина экстремальных ситуаций. 2023;4:123–130. DOI: 10.47183/mes.2023.057

3. Abe K., Yamashita A., Morioka M., Horike N., Takei Y., Koyamatsu S., Okita K., Matsuda S., Tsumaki N. Engraftment of allogeneic iPS cell-derived cartilage organoid in a primate model of articular cartilage defect. Nat. Commun. 2023;14(1):804. DOI: 10.1038/s41467-023-36408-0

4. Apelgren P., Amoroso M., Lindahl A., Brantsing C., Rotter N., Gatenholm P., Kölby L. Chondrocytes and stem cells in 3D-bioprinted structures create human cartilage in vivo. PLoS One. 2017;12(12): e0189428. DOI: 10.1371/journal.pone.0189428

5. Bogomiakova M.E., Sekretova E.K., Anufrieva K.S., Khabarova P.O., Kazakova A.N., Bobrovsky P.A., Grigoryeva T.V., Eremeev A.V., Lebedeva O.S., Bogomazova A.N., Lagarkova M.A. iPSC derived cells lack immune tolerance to autologous NK cells due to imbalance in ligands for activating and inhibitory NK-cell receptors. Stem Cell Res Ther. 2023;14(1):77. DOI: 10.1186/s13287-023-03308-5

6. Bogomiakova M.E., Sekretova E.K., Eremeev A.V., Shuvalova L.D., Bobrovsky P.A., Zerkalenkova E.A., Lebedeva O.S., Lagarkova M.A. Derivation of induced pluripotent stem cells line (RCPCMi007-A-1) with inactivation of the beta-2-microglobulin gene by CRISPR/Cas9 genome editing. Stem Cell Res. 2021;55:102451. DOI: 10.1016/j.scr.2021.102451

7. Delanois R.E., Etcheson J.I., Sodhi N., Henn R.F., Gwam C.U., George N.E., Mont M.A. Biologic therapies for the treatment of knee osteoarthritis. J. Arthroplasty. 2019;34(4):801–813. DOI: 10.1016/j.arth.2018.12.001

8. Eremeev A., Belikova L., Ruchko E., Volovikov E., Zubkova O., Emelin A., Deev R., Lebedeva O., Bogomazova A., Lagarkova M. Brain organoid generation from induced pluripotent stem cells in home-made mini bioreactors. J. Vis. Exp. 2021;178. DOI: 10.3791/62987

9. Eremeev A., Pikina A., Ruchko Y., Bogomazova A. Clinical potential of cellular material sources in the generation of iPSC-based products for the regeneration of articular cartilage. Int. J. Mol. Sci. 2023;24(19):14408. DOI: 10.3390/ijms241914408

10. Fickert S., Gerwien P., Helmert B., Schattenberg T., Weckbach S., Kaszkin-Bettag M., Lehmann L. O-neyear clinical and radiological results of a prospective, investigator-initiated trial examining a novel, purely autologous 3-dimensional autologous chondrocyte transplantation product in the knee. Cartilage. 2012;3(1):27–42. DOI: 10.1177/1947603511417616

11. European Medicines Agency. Spherox: Spheroids of human autologous matrix-associated chondrocytes. URL: https://www.ema.europa.eu/en/medicines/human/EPAR/spherox

12. Hwang J.J., Choi J., Rim Y.A., Nam Y., Ju J.H. Application of induced pluripotent stem cells for disease modeling and 3d model construction: Focus on osteoarthritis. Cells. 2021;10(11):3032. DOI: 10.3390/cells10113032

13. Jiang Y., Tuan R.S. Bioactivity of human adult stem cells and functional relevance of stem cell-derived extracellular matrix in chondrogenesis. Stem Cell Res. Ther. 2023;14(1):160. DOI: 10.1186/s13287-023-03392-7

14. Kawata M., Mori D., Kanke K., Hojo H., Ohba S., Chung U.I, Yano F., Masaki H., Otsu M., Nakauchi H., Tanaka S., Saito T. Simple and robust differentiation of human pluripotent stem cells toward chondrocytes by two small-molecule compounds. Stem Cell Reports. 2019;13(3):530–544. DOI: 10.1016/j.stemcr.2019.07.012

15. Kreuz P.C., Kalkreuth R.H., Niemeyer P., Uhl M., Erggelet C. Long-term clinical and MRI results of matrix-assisted autologous chondrocyte implantation for articular cartilage defects of the knee. Cartilage. 2019;10(3):305–313. DOI: 10.1177/1947603518756463

16. Madrid M., Sumen C., Aivio S., Saklayen N. Autologous induced pluripotent stem cell–based cell therapies: Promise, progress, and challenges. Curr. Protoc. 2021;1(3):e88. DOI: 10.1002/cpz1.88

17. Murphy C., Mobasheri A., Táncos Z., Kobolák J., Dinnyés A. The potency of induced pluripotent stem cells in cartilage regeneration and osteoarthritis treatment. Adv. Exp. Med. Biol. 2018:1079:55–68. DOI: 10.1007/5584_2017_141

18. Nakamura A., Murata D., Fujimoto R., Tamaki S., Nagata S., Ikeya M., Toguchida J., Nakayama K. Bio-3D printing iPSC-derived human chondrocytes for articular cartilage regeneration. Biofabrication. 2021;13(4). DOI: 10.1088/1758-5090/ac1c99

19. Niemeyer P., Laute V., Zinser W., John T., Becher C., Diehl P., Kolombe T., Fay J., Siebold R., Fickert S. Safety and efficacy of matrix-associated autologous chondrocyte implantation with spheroid technology is independent of spheroid dose after 4 years. Knee Surg. Sports Traumatol. Arthrosc. 2020;28(4):1130–1143. DOI: 10.1007/s00167-019-05786-8

20. Price A.J., Alvand A., Troelsen A., Katz J.N., Hooper G., Gray A., Carr A., Beard D. Knee replacement. Lancet. 2018;392(10158):1672–1682. DOI: 10.1016/S0140-6736(18)32344-4

21. Riedl M., Vadalà G., Papalia R., Denaro V. Threedimensional, scaffold-free, autologous chondrocyte transplantation: A systematic review. Orthop. J. Sports Med. 2020;8(9):2325967120951152 DOI: 10.1177/2325967120951152

22. Shah S.S., Mithoefer K. Scientific developments and clinical applications utilizing chondrons and chondrocytes with matrix for cartilage repair. Cartilage. 2021;13(1_suppl):1195S–1205S. DOI: 10.1177/1947603520968884

23. Yamanaka S. Pluripotent stem cell-based cell therapy — promise and challenges. Cell Stem Cell. 2020;27(4):523–531. DOI: 10.1016/j.stem.2020.09.014

24. Yamashita A., Morioka M., Yahara Y., Okada M., Kobayashi T., Kuriyama S., Matsuda S., Tsumaki N. Generation of scaffoldless hyaline cartilaginous tissue from human iPSCs. Stem Cell Reports. 2015;4(3):404–418. DOI: 10.1016/j.stemcr.2015.01.016

25. Zscharnack M., Krause C., Aust G., Thümmler C., Peinemann F., Keller T., Smink J.J., Holland H., Somerson J.S., Knauer J., Schulz R.M., Lehmann J. Preclinical good laboratory practice-compliant safety study to evaluate biodistribution and tumorigenicity of a cartilage advanced therapy medicinal product (ATMP). J. Transl. Med. 2015;13:160. DOI: 10.1186/s12967-015-0517-x