transmedТрансляционная медицинаTranslational Medicine2311-44952410-5155Almazov National Medical Research Centre, Saint Petersburg, Russia10.18705/2311-4495-2019-6-5-55-67transmed-518Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯExperimental studiesУскорение биодеградации полимера на основе коллагена после адсорбции мезенхимальных мультипотентных стромальных клеток в экспериментеThe acceleration of collagen biodegradation after adsorption of mesenchymal multipotent stromal cells in experimentМайбородинИ. В.MaiborodinI. V.

Майбородин Игорь Валентинович, д.м.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории технологий управления здоровьем

Maiborodin Igor V., Dr. Sc., Professor, Chief Researcher, the Center of New Medical Technologies

imai@mail.ruХоменюкС. В.KhomenyukS. V.

Хоменюк Сергей Владимирович, младший научный сотрудник лаборатории технологий управления здоровьем

Khomenyuk Sergey V., Junior Researcher, the Center of New Medical Technologies

МихееваТ. В.MikheevaT. V.

Михеева Татьяна Владимировна, к.м.н., докторант лаборатории технологий управления здоровьем

Mikheeva Tatiana V., PhD, the Center of New Medical Technologies

ЯринГ. Ю.YarinG. Yu.

Ярин Геннадий Юрьевич, к.м.н., ведущий научный сотрудник отдела нейровертебрологии

Yarin Gennadiy Yu., PhD, Leading Researcher, Functional Group of Neurovertebrology

МайбородинаВ. И.MaiborodinaV. I.

Майбородина Виталина Игоревна, д.м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории ультраструктурных основ патологии

Maiborodina Vitalina I., Dr. Sc., Leading Researcher, Laboratory of ultrastructural bases of pathology

ВильгельмиИ. А.VilgelmiI. A.

Вильгельми Инна Александровна, младший научный сотрудник отдела нейровертебрологии

Vilgelmi Inna A., Junior Researcher, Functional Group of Neurovertebrology

ШевелаА. И.ShevelaA. I.

Шевела Андрей Иванович, д.м.н., профессор, заслуженный врач России, заведующий отделом «Центр новых медицинских технологий»

Shevela Andrey I., Dr. Sc., Professor, Head of the Center of New Medical Technologies

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение «Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я. Л. Цивьяна» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияNovosibirsk Research Institute of Traumatology and Orthopaedics named after Y. L. TsivyanRussian FederationИнститут молекулярной патологии и патоморфологии Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр фундаментальной и трансляционной медицины»РоссияInstitute of Molecular Pathology and Pathomorphology of Federal State Budget Scientific Institution Federal Research Center of Fundamental and Translational MedicineRussian Federation201917112019655567Copyright © Майбородин И.В., Хоменюк С.В., Михеева Т.В., Ярин Г.Ю., Майбородина В.И., Вильгельми И.А., Шевела А.И., 20192019Майбородин И.В., Хоменюк С.В., Михеева Т.В., Ярин Г.Ю., Майбородина В.И., Вильгельми И.А., Шевела А.И.Maiborodin I.V., Khomenyuk S.V., Mikheeva T.V., Yarin G.Y., Maiborodina V.I., Vilgelmi I.A., Shevela A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://transmed.almazovcentre.ru/jour/article/view/518

Актуальность. В научной литературе явно недостаточно данных о взаимодействии коллагеновых материалов с живым организмом и о влиянии на этот процесс мультипотентных стромальных клеток (МСК). Имеются противоречия о деградации коллагена и развитии реакций инородного тела. Однако без учета таких результатов невозможно оценивать сроки полного лизиса подобных материалов, разрабатывать эффективные методы профилактики и лечения развивающихся осложнений. Цель. Изучить особенности деградации материала на основе коллагена при его имплантации с адсорбированными аутологичными мезенхимальными МСК костномозгового происхождения (АММСККП) в эксперименте. Материалы и методы. Методом световой микроскопии изучали в разные сроки состояние тканей вокруг имплантированной коллагеновой мембраны с адсорбированными АММСККП. Результаты. Численность сосудов и клеточных элементов в имплантированной без АММСККП коллагенового материала нарастает до 3 недели и остается на этом уровне до окончания наблюдения. Отличительными особенностями применения коллагеновой мембраны с адсорбированными АММСККП являются усиление васкуляризации и клеточной инфильтрации материала в первые 2 недели после операции. Такой эффект в дальнейшем приводит к более быстрой деградации всего имплантированного коллагена, в том числе и более плотных его участков, но не предотвращает образования многоядерных макрофагов со слившейся цитоплазмой. Заключение. В результате более выраженной васкуляризации и клеточной инфильтрации, причиной которых являются адсорбированные на поверхности коллагенового материала АММСККП, к 4 неделе весь имплантат разрушается и абсорбируется, а на его месте формируется плотная волокнистая соединительная ткань. Для внедрения в организм следует выбирать наиболее однородные коллагеновые материалы без отличающихся по плотности участков, так как медленно деградирующие фрагменты могут явиться причиной развития гранулематозного воспаления и неудачи самой процедуры имплантации.

Background. The scientific literature contents clearly not enough data at interaction of collagen materials with a living organism and about influence of multipotent stromal cells (MSC) on this process. There are controversies about the collagen degradation and the development of foreign body reactions. However, without account these results, it is impossible to estimate the timeframes for complete lysis of such materials, to progress effective methods for the prevention and treatment of developing complications. Objective. To study the features of the collagen-based material degradation after implantation with adsorbed autologous mesenchymal MSC of bone marrow origin (AMMSCBMO) in the experiment. Design and methods. In different times the condition of tissues around the implanted collagen membrane with adsorbed AMMSCBMO was studied by method of light microscopy. Results. The number of vessels and cellular elements in the collagen material implanted without AMMSCBMO increases to 3 weeks and remains at this level until the end of the observation. A distinctive features of the use of collagen membrane with adsorbed AMMSCBMO are increased vascularization and cellular infiltration of the material in the first 2 weeks after surgery. This effect further leads to a more rapid degradation of all implanted collagen, including its more dense parts, but does not prevent the formation of multinuclear macrophages with fused cytoplasm. Conclusion. As a result of more significant vascularization and cellular infiltration caused by AMMSCBMO adsorbed on the surface of the collagen material, to the 4th week the entire implant is full destroyed and absorbed, and dense fibrous connective tissue is formed in its place. For the implantation into the body, one should choose the most homogeneous collagen materials, without areas of different density, as slowly degrading fragments can cause the development of granulomatous inflammation and the failure of the implantation procedure.

мультипотентные мезенхимальные стромальные клеткиколлагеновый имплантатвоспалениенейтрофилылимфоцитымакрофагиэритроцитыгранулемы инородного телаmultipotent mesenchymal stromal cellscollagen implantinflammationneutrophilslymphocytesmacrophageserythrocytesforeign body reactionReferencesDunn MG, Avasarala PN, Zawadsky JP. Optimization of extruded collagen fibers for ACL reconstruction. J Biomed Mater Res. 1993;27(12):1545– 1552.Dunn MG, Avasarala PN, Zawadsky JP. Optimization of extruded collagen fibers for ACL reconstruction. J Biomed Mater Res. 1993;27(12):1545– 1552.Ma XH, Noishiki Y, Yamane Y et al. Thermal cross-linking for biologically degradable materials. Preliminary report. ASAIO J. 1996;42(5):M866–M871.Ma XH, Noishiki Y, Yamane Y et al. Thermal cross-linking for biologically degradable materials. Preliminary report. ASAIO J. 1996;42(5):M866–M871.Ye Q, Harmsen MC, van Luyn MJ et al. The relationship between collagen scaffold cross-linking agents and neutrophils in the foreign body reaction. Biomaterials. 2010;31(35):9192–9201.Ye Q, Harmsen MC, van Luyn MJ et al. The relationship between collagen scaffold cross-linking agents and neutrophils in the foreign body reaction. Biomaterials. 2010;31(35):9192–9201.Ye Q, Xing Q, Ren Y et al. Endo180 and MT1- MMP are involved in the phagocytosis of collagen scaffolds by macrophages and is regulated by interferon-gamma. Eur Cell Mater. 2010;20:197–209.Ye Q, Xing Q, Ren Y et al. Endo180 and MT1- MMP are involved in the phagocytosis of collagen scaffolds by macrophages and is regulated by interferon-gamma. Eur Cell Mater. 2010;20:197–209.van Amerongen MJ, Harmsen MC, Petersen AH et al. The enzymatic degradation of scaffolds and their replacement by vascularized extracellular matrix in the murine myocardium. Biomaterials. 2006;27(10):2247– 2257.van Amerongen MJ, Harmsen MC, Petersen AH et al. The enzymatic degradation of scaffolds and their replacement by vascularized extracellular matrix in the murine myocardium. Biomaterials. 2006;27(10):2247– 2257.Майбородин И. В., Майбородина Е. И., Якимова Н. В. и др. Абсорбируемый шовный материал в организме. Архив патологии. 2008;70(2):51–53.Maiborodin IV, Maiborodina EI, Yakimova NV et al. Absorbable suture material in the body. Arhiv patologii=Archives of pathology. 2008;70(2):51–53. In Russian.Kuznetsova IV, Maiborodin IV, Shevela AI et al. Local tissue reaction to implantation of biodegradable suture materials. Bull Exp Bol Med. 2014;157(3):390–394.Kuznetsova IV, Maiborodin IV, Shevela AI et al. Local tissue reaction to implantation of biodegradable suture materials. Bull Exp Bol Med. 2014;157(3):390–394.Ye Q, van Amerongen MJ, Sandham JA et al. Site-specific tissue inhibitor of metalloproteinase-1 governs the matrix metalloproteinases-dependent degradation of crosslinked collagen scaffolds and is correlated with interleukin-10. J Tissue Eng Regen Med. 2011;5(4):264– 274.Ye Q, van Amerongen MJ, Sandham JA et al. Site-specific tissue inhibitor of metalloproteinase-1 governs the matrix metalloproteinases-dependent degradation of crosslinked collagen scaffolds and is correlated with interleukin-10. J Tissue Eng Regen Med. 2011;5(4):264– 274.Aubert L, Dubus M, Rammal H et al. Collagenbased medical device as a stem cell carrier for regenerative medicine. Int J Mol Sci. 2017;18(10). pii: E2210.Aubert L, Dubus M, Rammal H et al. Collagenbased medical device as a stem cell carrier for regenerative medicine. Int J Mol Sci. 2017;18(10). pii: E2210.Nguyen BB, Moriarty RA, Kamalitdinov T et al. Collagen hydrogel scaffold promotes mesenchymal stem cell and endothelial cell coculture for bone tissue engineering. J Biomed Mater Res A. 2017;105(4):1123– 1131.Nguyen BB, Moriarty RA, Kamalitdinov T et al. Collagen hydrogel scaffold promotes mesenchymal stem cell and endothelial cell coculture for bone tissue engineering. J Biomed Mater Res A. 2017;105(4):1123– 1131.Rodrigues M, Yates CC, Nuschke A et al. The matrikine tenascin-C protects multipotential stromal cells/ mesenchymal stem cells from death cytokines such as FasL. Tissue Eng Part A. 2013;19(17–18):1972–1983.Rodrigues M, Yates CC, Nuschke A et al. The matrikine tenascin-C protects multipotential stromal cells/ mesenchymal stem cells from death cytokines such as FasL. Tissue Eng Part A. 2013;19(17–18):1972–1983.Yates CC, Nuschke A, Rodrigues M et al. Improved transplanted stem cell survival in a polymer gel supplemented with Tenascin C accelerates healing and reduces scarring of murine skin wounds. Cell Transplant. 2017;26(1):103–113.Yates CC, Nuschke A, Rodrigues M et al. Improved transplanted stem cell survival in a polymer gel supplemented with Tenascin C accelerates healing and reduces scarring of murine skin wounds. Cell Transplant. 2017;26(1):103–113.Maiborodin IV, Yakimova NV, Matveyeva VA et al. Angiogenesis in rat uterine cicatrix after injection of autologous bone marrow mesenchymal stem cells. Bull Exp Biol Med. 2011;150(6):756–761.Maiborodin IV, Yakimova NV, Matveyeva VA et al. Angiogenesis in rat uterine cicatrix after injection of autologous bone marrow mesenchymal stem cells. Bull Exp Biol Med. 2011;150(6):756–761.Майбородин И. В., Морозов В. В., Новикова Я. В. и др. Введение мезенхимальных стволовых клеток рядом с тромбированной веной в эксперименте способствует ангиогенезу в грануляциях. Флебология. 2013;7(1):10–16.Maiborodin IV, Morozov VV, Novikova IaV et al. The administration of mesenchymal stem cells close to the thrombosed vein in experiment promotes angiogenesis in granulations. Flebologiya=Phlebology. 2013;7(1):10–16. In Russian.Майбородин И. В., Шевела А. И., Матвеева В. А. и др. Ангиогенез в грануляционной ткани после имплантации полигидроксиалканоата с мезенхимальными стволовыми клетками. Новости хирургии. 2013;21(2):29–36.Maiborodin IV, Shevela AI, Matveeva VA et al. Angiogenesis in granulation tissue after implantation of polyhydroxyalkanoate with mesenchymal stem cells. Novosti Khirurgii=Surgery news. 2013;21(2):29–36. In Russian.Майбородин И. В., Морозов В. В., Аникеев А. А. и др. Макрофагальный ответ у крыс на введение мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в регион хирургической травмы. Новости хирургии. 2017;25(3):233–241.Maiborodin IV, Morozov VV, Anikeev AA et al. Macrophage reaction to multipotent mesenchymal stromal cells introduction into surgical trauma site in rats. Novosti Khirurgii=Surgery news. 2017;25(3):233–241. In RussianМайбородин И. В., Михеева Т. В., Кузькин С. А. и др. Уменьшение активности воспалительного процесса после имплантации силикона с адсорбированными мультипотентными стромальными клетками. Трансляционная медицина. 2018;5(6):41–50.Maiborodin IV, Mikheeva TV, Kuzkin SA et al. Decrease in activity of the inflammatory process after implantation of silicone with adsorbed multipotent stromal cells. Translyatsionnaya meditsina=Translational Medicine. 2018;5(6):41–50. In Russian.Крымский Л. Д., Нестайко Г. В., Рыбалов А. Г. Растровая электронная микроскопия сосудов и крови. М.: Медицина, 1976. с. 166.Krymskij LD, Nestajko GV, Rybalov AG. Raster electron microscopy of vessels and blood. M.: Medicina, 1976. p. 168. In RussianВолкова О. В., Шахламов В. А., Миронов А. А. Атлас сканирующей электронной микроскопии клеток, тканей и органов. М.: Медицина, 1987. с. 464.Volkova OV, Shahlamov VA, Mironov AA. Atlas of the scanning electron microscopy of cells, tissues and organs. M.: Medicina, 1987. p. 464. In RussianHead JR, Seeling LL Jr. Lymphatic vessels in the uterine endometrium of virgin rats. J Reprod Immunol. 1984;6(3):157–166.Head JR, Seeling LL Jr. Lymphatic vessels in the uterine endometrium of virgin rats. J Reprod Immunol. 1984;6(3):157–166.Patel J, Gudehithlu KP, Dunea G et al. Foreign body-induced granulation tissue is a source of adult stem cells. Transl Res. 2010;155(4):191–199.Patel J, Gudehithlu KP, Dunea G et al. Foreign body-induced granulation tissue is a source of adult stem cells. Transl Res. 2010;155(4):191–199.Han D, Ma Z, Zhang P et al. Muscle derived stem cell contains the potential to enhance long term retention as well as an aesthetic outcome of autologous fat grafting. Med Hypotheses. 2011;76(6):805–808.Han D, Ma Z, Zhang P et al. Muscle derived stem cell contains the potential to enhance long term retention as well as an aesthetic outcome of autologous fat grafting. Med Hypotheses. 2011;76(6):805–808.Jain HV, Moldovan NI, Byrne HM. Modeling stem/progenitor cell-induced neovascularization and oxygenation around solid implants. Tissue Eng Part C Methods. 2012;18(7):487–495.Jain HV, Moldovan NI, Byrne HM. Modeling stem/progenitor cell-induced neovascularization and oxygenation around solid implants. Tissue Eng Part C Methods. 2012;18(7):487–495.Kim CH, Kim DH, Oh SH et al. Human embryonic stem cell-derived endothelial precursor cell conditioned medium reduces the thickness of the capsule around silicone implants in rats. Ann Plast Surg. 2015;75(3):348–352.Kim CH, Kim DH, Oh SH et al. Human embryonic stem cell-derived endothelial precursor cell conditioned medium reduces the thickness of the capsule around silicone implants in rats. Ann Plast Surg. 2015;75(3):348–352.Alhag M, Farrell E, Toner M et al. Evaluation of early healing events around mesenchymal stem cell-seeded collagen-glycosaminoglycan scaffold. An experimental study in Wistar rats. Oral Maxillofac Surg. 2011;15(1):31– 39.Alhag M, Farrell E, Toner M et al. Evaluation of early healing events around mesenchymal stem cell-seeded collagen-glycosaminoglycan scaffold. An experimental study in Wistar rats. Oral Maxillofac Surg. 2011;15(1):31– 39.Rosenzweig M, Connole M, Glickman R et al. Induction of cytotoxic T lymphocyte and antibody responses to enhanced green fluorescent protein following transplantation of transduced CD34(+) hematopoietic cells. Blood. 2001;97(7):1951–1959.Rosenzweig M, Connole M, Glickman R et al. Induction of cytotoxic T lymphocyte and antibody responses to enhanced green fluorescent protein following transplantation of transduced CD34(+) hematopoietic cells. Blood. 2001;97(7):1951–1959.Сирак С. В., Слетов А. А., Алимов А. Ш. и др. Клинико-экспериментальное обоснование применения препарата Коллост и биорезорбируемых мембран Диплен-Гам и Пародонкол при удалении ретенированных и дистопированных нижних третьих моляров. Стоматология. 2008;87(2):10–14.Sirak SV, Sletov AA, Alimov ASh et al. Clinical-experimental substantiation of preparation Kollost and bioresorbable membranes Diplen-Gum and Parodoncol use in cases of retained and dystopic mandibular third molar. Stomatologiya=Stomatology. 2008;87(2):10–14. In Russian

The authors declare that there are no conflicts of interest present.