Medical Radiology and radiation safety Medical Radiology and radiation safety Медицинская радиология и радиационная безопасность 1024-6177 2618-9615 44605 10.12737/1024-6177-2021-66-2-5-12 Радиационная биология Radiation biology Радиационная биология The Influence of Mesenchymal Stem Cells of Adipose Tissue and Paracrine Factors of Conditioned Medium on the Healing of Radiation Ulcers in the Treatment of Severe Radiation Injuries of Skin in Rats ВЛИЯНИЕ МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК ЖИРОВОЙ ТКАНИ И ПАРАКРИННЫХ ФАКТОРОВ КОНДИЦИОННОЙ СРЕДЫ НА ЗАЖИВЛЕНИЕ ЛУЧЕВЫХ ЯЗВ ПРИ ТЕРАПИИ ТЯЖЕЛЫХ РАДИАЦИОННЫХ ПОРАЖЕНИЙ КОЖИ У КРЫС Лебедев В Г Lebedev V G Дешевой Ю. Б. Deshevoy Yu. Б. Темнов А. А. Temnov A. A. Астрелина Т. А. Astrelina T. A.

доктор медицинских наук;

doctor of medical sciences;

 Рогов К. А. Rogov K. A. Насонова Т. А. Nasonova T. А. Лырщикова А. В. Lyrshchikova A. В. Добрынина О. А. Dobrynina O. А. Мороз Б. Б. Moroz B. B. Склифас А Н Sklifas A N Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна ФМБА России Россия AI Burnasyan Federal Medical Biophysical Center Moscow, Russia Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бур­на­зяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center (FMBC) FMBA Moscow Russian Federation Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России Москва Россия A.I. Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of FMBA Moscow Russian Federation Институт биофизики клетки РАН, Московская область, Пущино Россия Institute of Cell Biophysics, Pushchino, Russia Russian Federation 66 2 5 12 23 06 2021 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/44605/view

Цель: Изучение влияния трансплантации культивированных мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток (ММСК) и клеток стромально-васкулярной фракции (СВФ) жировой ткани, а также введения паракринных факторов (ПФ) кондиционной среды при изолированном или комбинированном применении на течение тяжелых местных радиационных поражений кожи в эксперименте. Материал и методы: Крыс инбредной линии Wistar–Kyoto подвергали локальному воздействию рентгеновского излучения в подвздошно-поясничной области спины в дозе 110 Гр. Трансплантацию культивированных ММСК проводили двукратно в дозах 2,1 × 106 и 2,6 × 106 на 28-е и 35-е сутки после облучения. СВФ жировой ткани, вводили в те же сроки в дозах 3,2 × 106 и 2,8 ×106 соответственно. Паракринные факторы вводили пятикратно с 1-х по 10-е сутки после облучения. Тяжесть лучевого поражения кожи и эффекты терапии оценивали в динамике с помощью планиметрии и патоморфологических методов. Результаты: Радиационное воздействие вызывало тяжелые лучевые поражения кожи с длительно незаживающими язвами, образовавшимися к 21–25-м суткам после облучения. Площадь лучевых язв у крыс контрольной группы в период с 26-х до 83-х суток медленно уменьшалась от 2,76 ± 0,12 см2 до 1,85 ± 0,13 см2. У 50 % животных контрольной группы язвы сохранялись более 4 мес после облучения. У крыс опытных групп отмечалось более интенсивное заживление и уменьшение площади лучевых язв. При изолированном введении культивированных ММСК и СВФ уменьшение площади язв по сравнению с контролем отмечалось на 104–125-е сутки, а при введении ПФ – на 83-е сутки после облучения, р <0,05. В контрольной группе к 118-м суткам после облучения лучевые язвы заживали только у 25 % крыс, а в опытных группах с изолированным введением культивированных ММСК, СВФ и ПФ полная эпителизация ран с образованием атрофического рубца к этому сроку наблюдалась у 40–55 % крыс. В условиях комбинированного применения стволовых клеток и ПФ количество животных с полным заживлением радиационных язв к 118-м суткам составляло 85–100 %, p <0,05. Заключение: Трансплантация культивированных ММСК и СВФ жировой ткани, а также введение ПФ кондиционной среды могут усиливать регенерационные процессы и стимулировать восстановление кожи, способствуя более раннему заживлению хронических лучевых язв. Причем при сочетанном введении ПФ и трансплантации стволовых клеток эффективность заживления радиационных язв возрастает.

Purpose: Studying of the effects transplantation of cultured mesenchymal stem cells of adipose tissue (MMSC) and adipose-derived stromal vascular fraction (SVF), as well as the introduction of paracrine factors (PF) of conditioned medium in an isolated or combined application for severe local radiation skin lesions in the experiment. Material and methods: Rats of the inbred Wistar–Kyoto strain were irradiated to local X-rays exposure in the iliolumbar region of the back at a dose of 110 Gy. The transplantation of cultured MMSC was performed twice at doses of 2.1 × 106 and 2.6 × 106 on the 28th and 35th days after irradiation. Adipose-derived SVF was administered at the same time in doses of 3.2 × 106 and 2.8 × 106, respectively. PF were administered five times from the 1st to the 10th day after irradiation. The severity of radiation damage to the skin and the effects of therapy were evaluated in dynamics by clinical manifestations, using planimetry and histological methods. Results: Radiation exposure with these parameters caused severe radiation injuries of the skin with non-healing ulcers formed by the 21–25th day after irradiation. The area of radiation ulcers in rats of the control group in the period from the 26th to the 83rd day slowly decreased from 2.76 ± 0.12 cm2 to 1.85 ± 0.13 cm2. In 50 % of the animals in the control group, ulcers persisted for more than 4 months after irradiation. In rats of the experimental groups, more intensive healing and a decrease in the area of radiation ulcers was noted. With isolated administration of cultured MMSC or SVF, a statistically significant decrease in the area of ulcers compared with the control was observed on the 104–125th day, and with the introduction of PF on the 83rd day after irradiation, p <0.05. In the control group, by the118th day after irradiation, radiation ulcers healed only in 25 % of rats, and in the experimental groups with isolated administration of cultured MMSC, SVF and PF in 40–55 % of the rats showed complete epithelialization of wounds with the formation of an atrophic scar. Under the conditions of combined use of stem cells and conditioned medium factors, the number of animals with complete healing of radiation ulcers was 85–100 % by 118th days, p <0.05. Conclusion: Thus, transplantation of cultured MMSC of adipose tissue and adipose-derived SVF, as well as the introduction of PF of conditioned medium, can enhance the regeneration processes and stimulate skin regeneration, promoting earlier healing of chronic radiation ulcers in severe local radiation injuries. Moreover, with the combined introduction of PF and adipose-derived stem cell transplantation, the effectiveness of the healing of radiation ulcers was increases.

 мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки стромально-васкулярная фракция жировая ткань паракринные факторы кондиционная среда рентгеновское излучение клеточная терапия лучевые язвы кожи крысы multipotent mesenchymal stromal cells; stromal vascular fraction; adipose tissue; paracrine factors; conditioned medium; x-rays; cell therapy; radiation skin ulcers rats

Радиационная медицина: Руководство для врачей-исследователей и организаторов здравоохранения. Под ред. Л.А. Ильина. М.: ИздАТ, 2001. Т.2. 432 с. Radiacionnaya medicina: Rukovodstvo dlya vrachey-issledovateley i organizatorov zdravoohraneniya. Pod red. L.A. Il'ina. M.: IzdAT, 2001. T.2. 432 s. Бушманов А.Ю., Надежина Н.М., Нугис В.Ю., Галстян И.А. Местные лучевые поражения кожи человека: возможности биологической индикации дозы (аналитический обзор) // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2005. Т.50. №1. С.37- 47. Bushmanov A.Yu., Nadezhina N.M., Nugis V.Yu., Galstyan I.A. Mestnye luchevye porazheniya kozhi cheloveka: vozmozhnosti biologicheskoy indikacii dozy (analiticheskiy obzor) // Medicinskaya radiologiya i radiacionnaya bezopasnost'. 2005. T.50. №1. S.37- 47. Африканова Л.А. Острая лучевая травма кожи. М.: Медицина, 1975. 192 с. Afrikanova L.A. Ostraya luchevaya travma kozhi. M.: Medicina, 1975. 192 s. Marfia G, Navone SE, Di Vito C, Ughi N, Tabano S, Miozzo M. Mesenchymal Stem Cells: Potential for Therapy and Treatment of Chronic Non-HealIng Skin Wounds. Organogenesis. 2015;11(4):183-206. Published onlIne 2015 Dec 10. DOI: 10.1080/15476278. 2015.1126018. Marfia G, Navone SE, Di Vito C, Ughi N, Tabano S, Miozzo M. Mesenchymal Stem Cells: Potential for Therapy and Treatment of Chronic Non-HealIng Skin Wounds. Organogenesis. 2015;11(4):183-206. Published onlIne 2015 Dec 10. DOI: 10.1080/15476278. 2015.1126018. SIngh M, Alavi A, Wong R, Akita S. Radiodermatitis: a Review of our Current UnderstandIng. Am. J. ClIn. Dermat. 2016; 17:277-92. DOI: 10.1007/s40257-016-0186-4. SIngh M, Alavi A, Wong R, Akita S. Radiodermatitis: a Review of our Current UnderstandIng. Am. J. ClIn. Dermat. 2016; 17:277-92. DOI: 10.1007/s40257-016-0186-4. Akita S. Treatment of radiation Injury. Adv. Wound Care (New Rochelle). 2014;3(1): 1-11. DOI: 10.1089/wound.2012.0403. Akita S. Treatment of radiation Injury. Adv. Wound Care (New Rochelle). 2014;3(1): 1-11. DOI: 10.1089/wound.2012.0403. Francois S, MouiseddIne M, Mathieu N, Semont A, Monti P, Dudoignon N, et al. Human Mesenchymal Stem Cells Favour HealIng of the Cutaneous Radiation Syndrome In a Xenogenic Transplant Model. Ann. Hematol. 2007; 86(1):1-8. DOI: 10.1007/s00277-006-0166-5. Francois S, MouiseddIne M, Mathieu N, Semont A, Monti P, Dudoignon N, et al. Human Mesenchymal Stem Cells Favour HealIng of the Cutaneous Radiation Syndrome In a Xenogenic Transplant Model. Ann. Hematol. 2007; 86(1):1-8. DOI: 10.1007/s00277-006-0166-5. Huang SP, Huang C., Shyu JF, Lee HS, Chen SG, Chan JY, et al. Promotion of Wound HealIng Using Adipose-Derived Stem Cells In Radiation Ulcer of a Rat Model. J Biomed Sci. 2013;20(1):51-60. DOI: 10.1186/1423-0127-20-51. Huang SP, Huang C., Shyu JF, Lee HS, Chen SG, Chan JY, et al. Promotion of Wound HealIng Using Adipose-Derived Stem Cells In Radiation Ulcer of a Rat Model. J Biomed Sci. 2013;20(1):51-60. DOI: 10.1186/1423-0127-20-51. Forcheron F, Agay D, Scherthan, Riccobono D, HerodIn F, MeIneke V, at al. Autologous adipose-derived stem cells favour healIng In mInipig model treatment of cutaneous radiation syndrome. PLOS One. February 2012;7(2: e 31694. DOI.org/ 10.1371/journal.pone.0031694. Forcheron F, Agay D, Scherthan, Riccobono D, HerodIn F, MeIneke V, at al. Autologous adipose-derived stem cells favour healIng In mInipig model treatment of cutaneous radiation syndrome. PLOS One. February 2012;7(2: e 31694. DOI.org/ 10.1371/journal.pone.0031694. Akita S, AkIno K, Hirano A, Ohtsuru A, Yamashita S,  Noncultured Autologous Adipose-Derived Stem Cells Therapy for Chronic Radiation Injury. Stem Cells Inter. 2010. Dec 1. 2010. 532704. DOI:10.4061/2010/532704. Akita S, AkIno K, Hirano A, Ohtsuru A, Yamashita S,  Noncultured Autologous Adipose-Derived Stem Cells Therapy for Chronic Radiation Injury. Stem Cells Inter. 2010. Dec 1. 2010. 532704. DOI:10.4061/2010/532704. Лебедев В.Г., Насонова Т.А., Дешевой Ю.Б., Лырщикова А.В., Добрынина О.А., Мороз Б.Б. Трансплантация аутологичных клеток стромально-васкулярной фракции жировой ткани при тяжелых местных лучевых поражениях, вызванных действием рентгеновского излучения // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2017. Т.62. №1. С. 5-11. Lebedev V.G., Nasonova T.A., Deshevoy Yu.B., Lyrschikova A.V., Dobrynina O.A., Moroz B.B. Transplantaciya autologichnyh kletok stromal'no-vaskulyarnoy frakcii zhirovoy tkani pri tyazhelyh mestnyh luchevyh porazheniyah, vyzvannyh deystviem rentgenovskogo izlucheniya // Medicinskaya radiologiya i radiacionnaya bezopasnost'. 2017. T.62. №1. S. 5-11. Ebrahimian TG, Pouzoulet F, Squiban C, Buard V, André M, B CousIn B,  et al. Cell Therapy Based on a Adipose-Derived Stromal Cells Promotes Physiological and Pathological Wound healIng Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2009;29(4):503-510. DOI: 10.1161/ATVBAHA.108.178962. Ebrahimian TG, Pouzoulet F, Squiban C, Buard V, André M, B CousIn B,  et al. Cell Therapy Based on a Adipose-Derived Stromal Cells Promotes Physiological and Pathological Wound healIng Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2009;29(4):503-510. DOI: 10.1161/ATVBAHA.108.178962. Feisst V, MeidInger S, Locke M.B. From bench to bedside: use of human adipose-derived stem cells. Stem Cells ClonIng. 2015; 8:149-162. DOI:10.2147/SCCAA.S64373. Feisst V, MeidInger S, Locke M.B. From bench to bedside: use of human adipose-derived stem cells. Stem Cells ClonIng. 2015; 8:149-162. DOI:10.2147/SCCAA.S64373. Темнов А.А. Волкова А.Г., Мелерзанов А.В. Эффект кондиционированной среды, полученной из культивированных мезенхимальных стволовых клеток, на регенерацию эндотелия при HCl-индуцированном повреждении трахеи у крыс // Патологическая физиол. и эксперимент. терапия. 2017. Т.61. №2. С. 28-36. Temnov A.A. Volkova A.G., Melerzanov A.V. Effekt kondicionirovannoy sredy, poluchennoy iz kul'tivirovannyh mezenhimal'nyh stvolovyh kletok, na regeneraciyu endoteliya pri HCl-inducirovannom povrezhdenii trahei u krys // Patologicheskaya fiziol. i eksperiment. terapiya. 2017. T.61. №2. S. 28-36. Котенко К.В., Мороз Б.Б., Насонова Т.А., Дешевой Ю.Б., Лебедев В.Г., Добрынина О.А., и др. Экспериментальная модель тяжелых местных лучевых поражений кожи после действия рентгеновского излучения // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2013. Т.57. №4. С.121-123. Kotenko K.V., Moroz B.B., Nasonova T.A., Deshevoy Yu.B., Lebedev V.G., Dobrynina O.A., i dr. Eksperimental'naya model' tyazhelyh mestnyh luchevyh porazheniy kozhi posle deystviya rentgenovskogo izlucheniya // Patologicheskaya fiziologiya i eksperimental'naya terapiya. 2013. T.57. №4. S.121-123. Bunnell B.A, Flaat M, Gagliard Ch. Adipose-Derived Stem Cells: Isolation, Expansion and Differentiation. Methods, 2008;45(2):115-120. DOI: 10.1016/j.ymeth.2008.03.006.  Bunnell B.A, Flaat M, Gagliard Ch. Adipose-Derived Stem Cells: Isolation, Expansion and Differentiation. Methods, 2008;45(2):115-120. DOI: 10.1016/j.ymeth.2008.03.006.  Zuk P, Zhu M, Muzuno H, Huang J, Futrell W, Katz AJ, et al. MultilIneage cells from human adipose tissue implication for cell-based therapeutics. Tissue Eng. 2001;7(2):211-218. DOI: 10.1089/107632701300062859. Zuk P, Zhu M, Muzuno H, Huang J, Futrell W, Katz AJ, et al. MultilIneage cells from human adipose tissue implication for cell-based therapeutics. Tissue Eng. 2001;7(2):211-218. DOI: 10.1089/107632701300062859. Темнов А.А., Астрелина Т.А., Рогов К.А., Насонова Т.А., Дешевой Ю.Б., Лебедев В.Г. и др. Исследование влияния факторов кондиционной среды, полученной при культивировании мезенхимальных стволовых клеток костного мозга, на течение тяжелых местных лучевых поражений кожи у крыс // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2018. Т.63. №1. С. 35-39. Temnov A.A., Astrelina T.A., Rogov K.A., Nasonova T.A., Deshevoy Yu.B., Lebedev V.G. i dr. Issledovanie vliyaniya faktorov kondicionnoy sredy, poluchennoy pri kul'tivirovanii mezenhimal'nyh stvolovyh kletok kostnogo mozga, na techenie tyazhelyh mestnyh luchevyh porazheniy kozhi u krys // Medicinskaya radiologiya i radiacionnaya bezopasnost'. 2018. T.63. №1. S. 35-39. Осанов Д.П. Дозиметрия и радиационная биофизика кожи. М.: Энергоатомиздат, 1983. 152 с. Osanov D.P. Dozimetriya i radiacionnaya biofizika kozhi. M.: Energoatomizdat, 1983. 152 s. Akita S, AkIno K, Hirano A,  Ohtsuru A,  Yamashita S. Mesenchymal Stem Cell Therapy for Cutaneous Radiation Syndrome. Health Phys. 2010;98: 858-862. DOI: 10.1097/HP. 0b013e3181d3d52c. Akita S, AkIno K, Hirano A,  Ohtsuru A,  Yamashita S. Mesenchymal Stem Cell Therapy for Cutaneous Radiation Syndrome. Health Phys. 2010;98: 858-862. DOI: 10.1097/HP. 0b013e3181d3d52c. Nguyen A, Guo J, Banyard DA, Fadavi D ,Toranto JD, Wirth GA,  et al. Stromal Vascular Fraction: a Regenerative Reality? Part 1: Current Concepts and Review of theLliterature. J Plast Reconstr. Aesthetic Surg. 2016;69;170-179. DOI: 10.1016/j.bjps.2015.10.015.  Nguyen A, Guo J, Banyard DA, Fadavi D ,Toranto JD, Wirth GA,  et al. Stromal Vascular Fraction: a Regenerative Reality? Part 1: Current Concepts and Review of theLliterature. J Plast Reconstr. Aesthetic Surg. 2016;69;170-179. DOI: 10.1016/j.bjps.2015.10.015.  Gimble JM, Guilak F, Bunnell B. ClInical and PreclInical Translation of Cell-Based Therapies UsIng Adipose Tissue-Derived Cells. Stem Cell Research & Therapy. 2010; Jun 29; 1(2);19. DOI: 10.1186/scrt19. Gimble JM, Guilak F, Bunnell B. ClInical and PreclInical Translation of Cell-Based Therapies UsIng Adipose Tissue-Derived Cells. Stem Cell Research & Therapy. 2010; Jun 29; 1(2);19. DOI: 10.1186/scrt19. BourIn P, Bunnell BA, Casteilla L, DomInici M, Katz AJ, March KL. Stromal Cells from the Adipose Tissue-Derived Stromal Vascular Fraction and Cultured Expanded Adipose Tissue-Derived Stromal/Stem Cells: a Joint Statement of the International Federation for Adipose Therapeutics and the International Society for Cellular Therapy (ISCT). Cytotherapy. 2013;15: 641-8.  DOI: 10.1016/j.jcyt.2013.02.006. BourIn P, Bunnell BA, Casteilla L, DomInici M, Katz AJ, March KL. Stromal Cells from the Adipose Tissue-Derived Stromal Vascular Fraction and Cultured Expanded Adipose Tissue-Derived Stromal/Stem Cells: a Joint Statement of the International Federation for Adipose Therapeutics and the International Society for Cellular Therapy (ISCT). Cytotherapy. 2013;15: 641-8.  DOI: 10.1016/j.jcyt.2013.02.006. Jeong W, Yang X, Lee J, Ryoo Y, Kim J, Oh Y, et al. Serial Changes In the Proliferation and Differentiation of Adipose-Derived Stem Cells after IonizIng Radiation. Stem Cell Res Ther. 2016; 7: 117. DOI:10.1186/s13287-016-0378-0. Jeong W, Yang X, Lee J, Ryoo Y, Kim J, Oh Y, et al. Serial Changes In the Proliferation and Differentiation of Adipose-Derived Stem Cells after IonizIng Radiation. Stem Cell Res Ther. 2016; 7: 117. DOI:10.1186/s13287-016-0378-0. Kim WS, Park BS, Sung JH, Yang JM, Park SB, Kwak SJ,at al. Wound healIng Effect Of Adipose-Derived Stem Cells: a Critical Role of Secretory Factors on Human Dermal Fibroblasts. J. Dermatol. Sci. 2007; 48(1):15-24. DOI: 10.1016/j.jdermsci.2007.05.018.  Kim WS, Park BS, Sung JH, Yang JM, Park SB, Kwak SJ,at al. Wound healIng Effect Of Adipose-Derived Stem Cells: a Critical Role of Secretory Factors on Human Dermal Fibroblasts. J. Dermatol. Sci. 2007; 48(1):15-24. DOI: 10.1016/j.jdermsci.2007.05.018.  Hasdemir M, Agir H, Eren GG,  Aksu MG, Alagoz MS, Duruksu G, et al. Adipose-Derived Stem Cells Improve Survival Hasdemir M, Agir H, Eren GG,  Aksu MG, Alagoz MS, Duruksu G, et al. Adipose-Derived Stem Cells Improve Survival