Мезенхімальні стовбурові клітини - головний ресурс клітинної терапії. Використання для лікування цукрового діабету

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДУ «Інститут ендокринології та обміну речовин ім. В.П. Комісаренка НАМН України»

Мезенхімальні стовбурові клітини - головний ресурс клітинної терапії. Використання для лікування цукрового діабету

М.Д. Тронько, В.М. Пушкарьов, О.І. Ковзун,

Л.К. Соколова, В.В. Пушкарьов

Резюме

мезенхімальний стовбуровий клітина терапія

Мезенхімальні стовбурові клітини (mesenchymal stem cells, МSCs) визначають функціонально за здатністю до диференціювання в хондро-, остео- і адипоцити. Терапія MSCs була запропонована для лікування цукрового діабету (ЦД), хвороби Альцгеймера, бічного аміотрофічного склерозу, ортопедичних, серцево-судинних та гематологічних захворювань, еректильної дисфункції, захворювань нирок, печінки, легенів, вовчака, розсіяного склерозу, хвороби Паркінсона, псоріазу та ін. Перевагою щодо застосування MSCs у клініці є відсутність імунної відповіді та можливість використання не тільки автологічних MSCs, але й алогенних, які практично не відторгаються імунною системою реципієнта. Ще одна перевага при застосуванні MSCs у клініці -- їх паракринні ефекти. MSCs синтезують різні цитокіни та фактори росту, які не тільки сприяють виживанню навколишніх клітин, але й відіграють важливу роль у регенеративних/регуляторних властивостях MSCs як in vitro, так і in vivo. MSCs можуть бути виділені з різних тканин і органів, таких як плацента, пуповинна кров, кістковий мозок, пуповинний гель Уортона, підшлункова залоза (ПЗ) та жирова тканина. Імуномодулювальна функція MSCs пов'язана з секрецією позаклітинних везикул (extracellular vesicles, EVs), які доставляють матеріал батьківської клітини до клітин-реципієнтів без онкогенності або мінливості. Використання MSCs-EVs відкриває багатообіцяльні перспективи щодо неклітинної терапії різних захворювань людини, зокрема й COVID-19. MSCs стали важливим засобом лікування ЦД 1-го типу (ЦД1) та його вторинних ускладнень, а також заміщення P-клітин. В MSCs була виявлена мережа з 24 генів, які пов'язані з ЦД та ожирінням. Показано, що використання MSCs може бути новою перспективною стратегією для лікування ЦД 2-го типу (ЦД2). Вивчення основних сигнальних шляхів та численних факторів, залучених у стовбурових клітинах (stem cells, SCs), аналіз їх статусу та послідовності активації, пригнічення і взаємодії є надзвичайно важливим для розуміння функціонування SCs, підтримки їх плюрипотентності, модифікації та диференціації в спеціалізовані клітини, зокрема й клітини, що продукують інсулін (insulin-producing cells, IPCs), у відповідь на зміни рівня глюкози в організмі.

Ключові слова: мезенхімальні стовбурові клітини, властивості, клінічне застосування, цукровий діабет.

Annotation

M.D. Tronko, V.M. Pushkarev, O.I. Kovzun, L.K. Sokolova, V.V. Pushkarev

State Institution «V.P. Komisarenko Institute of Endocrinology and Metabolism of the National Academy of Medical Sciences of Ukraine»

Mesenchymal stem cells (MSCs) are determined functionally by the ability to differentiate into chondro-, osteoand adipocytes. MSC therapy has been proposed for the treatment of diabetes mellitus (DM), Alzheimer's disease, amyotrophic lateral sclerosis, orthopedic, cardiovascular and hematological diseases, erectile dysfunction, kidney, liver, lung diseases, lupus, multiple sclerosis, Parkinson's disease, psoriasis, etc. The advantage using MSCs in the clinic is the lack of immune response and the possibility of using not only autologous MSCs, but also allogeneic ones, which are practically not rejected by the recipient's immune system. Another advantage when using MSCs in the clinic is their paracrine effects. MSCs synthesize various cytokines and growth factors which not only promote the survival of surrounding cells, but also play an important role in the regenerative/ regulatory properties of MSCs both in vitro and in vivo. MSCs can be isolated from a variety of tissues and organs, such as the placenta, umbilical cord blood, bone marrow, Wharton's umbilical cord gel, pancreas, and adipose tissue. The immunomodulatory function of MSCs is associated with the secretion of extracellular vesicles (EVs), which deliver the stem cell material to recipient's cells without oncogenicity or variability. The use of MSC-EVs opens the promising prospects for non-cellular therapy of various human diseases, including COVID-19. MSCs have become an important treatment for type 1 diabetes mellitus, including the prevention of its secondary complications and also p-cell replacement. A network of 24 genes associated with diabetes mellitus and obesity has been found in MSCs. It has been shown that the use of MSCs may be a new promising strategy for the treatment of type 2 diabetes mellitus. The study of the main signaling pathways and numerous factors involved in stem cells, analysis of their status and sequence of activation, inhibition and interaction is extremely important for understanding the functioning of stem cells, maintaining their pluripotency, modification, and differentiation into specialized cells, including insulin producing cells in response to changes in glucose levels in the body.

Keywords: mesenchymal stem cells, properties, clinical application, diabetes mellitus.

Виклад основного матеріалу

На сьогодні в літературі використовують кілька термінів для опису SCs дорослого організму: соматичні SCs, дорослі SCs, тканинні SCs і постнатальні SCs. Перевага надається використанню терміну «соматичні стовбурові клітини». Соматичні SCs -- недиференційовані (або частково диференційовані) клітини в тканинах і органах. Вони мають здатність до самовідновлення і диференціювання в різні спеціалізовані клітини. Функція соматичних SCs: підтримка гомеостазу шляхом регенерації тканини (заміна старих, пошкоджених та клітин, які гинуть). Приклади соматичних SCs і їх похідних: гемопоетичні SCs -- клітини крові та імунної системи; епітеліальні SCs -- шкіра і вистилаючі клітини; нейральні SCs -- нейрони та глія; мезенхімальні SCs -- кісткова тканина, хрящ, жирові клітини; м'язові клітини-сателіти; SCs печінки (кілька типів) та інші.

Соматичні SCs і клітини-попередники є в усіх органах і тканинах. Вони знаходяться в так званих «нішах стовбурових клітин» [1]. Ніша є особливим мікрооточенням, що підтримує і регулює ріст SCs. Мутації, одержувані клітинами сигнали, зміни мікрооточення, такі як травма, можуть активувати SCs.

За класифікацією Міжнародного товариства клітинної терапії (International Society for Cellular Therapy, ISCT) слід використовувати такі терміни: мезенхімальні SCs (MSCs) -- для клітин в організмі, in vivo, і мультипотентні стромальні SCs -- для клітин у культурі, in vitro. MSCs визначають функціонально за здатністю до диференціювання в хондро-, остеоі адипоцити in vitro (in vivo показана участь у формуванні кістки та хряща). Морфологічно MSCs практично не відрізняються від фібробластів [2-4]. Дуже близькими за властивостями та профілем експресії генів до MSCs є перицити жирової тканини, з яких можуть утворюватися власне MSCs [5].

Строго кажучи, не можна ставити знак рівності між MSCs в організмі (in vivo) і виділеними та розмноженими в культурі (in vitro). Властивості MSCs і мультипотентних стромальних SCs, вочевидь, відрізняються. MSCs, отримані з різних тканин, відрізняються за поверхневими маркерами, однак при культивуванні експресія поверхневих маркерів вирівнюється. Є підстави вважати, що потенціал до диференціювання MSCs in vivo та in vitro також різний. Дослідники використовують тести потенціалу до диференціювання MSCs in vitro як оцінку потенціалу in vivo. Взагалі, слід пам'ятати, що культивування in vitro -- це завжди штучна система і до висновків з експериментів in vitro потрібно ставитися з обережністю [2].

Терапія MSCs людини (human MSCs, h-MSCs) була запропонована для лікування хвороби Альцгеймера з використанням 174* 10⁶ клітин на пацієнта, цукрового діабету (375* 10⁶ клітин/пацієнта), бічного аміотрофічного склерозу (126*10⁶ клітин/пацієнта), ортопедичних захворювань (кісток і хрящів) (101*10⁶ клітин/пацієнта), раку (132* 10⁶ клітин/пацієнта), серцево-судинних захворювань (120* 10⁶ клітин/пацієнта), хвороби Крона (1508* 10⁶ клітин/пацієнта), еректильної дисфункції (15* 10⁶ клітин/пацієнта), трансплантатів проти хвороби хазяїна (578 * 10⁶ клітин/пацієнта), гематологічних захворювань (192 * 10⁶ клітин/пацієнта), захворювань нирок (261 * 10⁶ клітин/пацієнта), захворювань печінки (420* 10⁶ клітин/пацієнта), захворювань легенів (451 * 10⁶ клітин/ пацієнта), вовчака (70* 10⁶ клітин/пацієнта), розсіяного склерозу (190* 10⁶ клітин/пацієнта), хвороби Паркінсона (168* 10⁶ клітин/пацієнта), псоріазу (420* 10⁶ клітин/пацієнта) та ушкоджень спинного мозку (109* 10⁶ клітин/ пацієнта) [6-8].

У 2000 році використання h-MSCs у клінічних та академічних/доклінічних роботах становило приблизно 1*10¹¹ клітин. Останні звіти показали вищі значення -- до 7*10¹² клітин, що вказує на експоненційний ріст у найближчі роки. Вважається, що до 2040 року використання h-MSCs буде зосереджено на п'яти сферах застосування: терапевтичні продукти за потребою щонайменше 300* 10¹² клітин; тканинна інженерія з 33 600 трансплантаціями та 185 000 ампутаціями кінцівок на рік тільки у США (278* 10¹² клітин лише для інженерії кісткової тканини); продукти, отримані з h-MSCs, як сировина для клінічних випробувань, позаклітинні везикули, виробництво білка/цитокінів (300* 10¹² клітин); системи та синтетична біологія, де h-MSCs будуть використовуватися для приглушення генів, потенціювання, націлювання, молекулярної інженерії та біорозподілу; у галузях, що розвиваються, як космецевтика та інженерні біоматеріали [6, 8].

Перевагою щодо застосування MSCs в клініці є відсутність імунної відповіді та можливість використання не тільки автологічних MSCs, але й алогенних, оскільки алогенні MSCs практично не відторгаються імунною системою реципієнта. Більш того, було показано, що в разі формування антитіл після введення MSCs, антитіла утворювалися проти залишків ембріональної сироватки телят, яку використовували при культивуванні клітин.

Ще одна перевага при застосуванні MSCs у клініці -- їх паракринні ефекти. Вважається, що виділення широкого спектра біологічно активних молекул -- основний механізм терапевтичної дії MSCs. Паракринні ефекти можна розбити на кілька категорій: 1) імуномодулювання, 2) запобігання апоптозу, 3) стимуляція ангіогенезу, 4) підтримка росту і диференціювання стовбурових клітин, 5) перешкоджання утворенню рубцевої тканини, 6) хемоатракція (регуляція міграції клітин) [2, 9-12].

Маркери MSCs. На додаток до їх пластичних адгезивних властивостей за стандартних умов культивування та здатності до диференціації на остеобласти, хондроцити та адипоцити, понад 95% популяції h-MSCs є позитивними за специфічними поверхневими маркерами: CD10, CD13, CD29, CD44, CD49e (a5-integrin), CD54 (intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1), CD58, CD71, CD73, CD90, CD105, CD117 (c-kit), CD140a, CD140b, CD146 (melanoma cell adhesion molecule, MCAM), CD166 (activated leukocyte cell adhesion molecule, ALCAM), CD271, Sca-1, ALP, слабо експресують основний комплекс гістосумісності (major histocompatibility complex, MHC) клас I, віментин, цитокератин (CK)-8, CK-18 і nestin [9, 13]. Позитивні маркери в мишей: CD29, CD44, CD73, CD90, CD105, Sca-1, Thy1.2, CD135 і Stro-1 [13, 14].

Хоча ідентифіковано широкий діапазон позитивних маркерів, які містять MSCs, жоден маркер не був визначений як специфічний для MSCs [12].

Експресія специфічних комбінацій цих маркерів залежить від тканини хазяїна.

Поверхневі маркери, відсутнів h-MSCs:CD4, CD8, CD11a, CD11b, CD14, CD15, CD16, CD19, CD25, CD31 (ендотеліальний маркер), CD33, гемопоетичні маркери CD34 і CD45, CD49b, CD49d, CD49f, CD50, CD56, CD62E, CD62L, CD62P, CD79a, CD80, CD86, CD106 (vascular cell adhesion molecule, VCAM-1), CD117, CD200, CD271, c-kit, KDR, HLA-DR, кадгерин V, glycophorin A та МНС II класу [13]; у мишей: CD11b, CD14, CD31, CD34, CD45, CD86, CD135, c-Kit і VCAM-1 [13, 14].

Транскрипційні фактори, що експресуються в MSCs: октамер-зв'язуючий транскрипційний фактор 4 (octamer-binding transcription factor 4, OCT4), Rex-1 і SOX2; у мишей: HOX, stage-specific embryonic antigen 1 (SSEA-1), NANOG, OCT4, Rex-1 і GATA-4 [9].

Міжнародним товариством клітинної терапії було введено мінімальні критерії для стандартизації визначення h-MSCs. По-перше, MSCs повинні прикріплюватись до поверхні стандартного пластикового посуду. По-друге, MSCs повинні експресувати на поверхні молекули CD105, CD73 і CD90, але не CD45, CD34, CD14 або CD11b, CD79a чи CD19 та HLA-DR. По-третє, MSCs повинні бути здатними диференціюватися на остеобласти, адипоцити та хондробласти in vitro. В інших видів MSCs мають різну картину експресії поверхневих антигенів. h-MSCs із різних джерел також не мають однакових патернів експресії поверхневих антигенів, що ускладнює зіставлення результатів досліджень, але мінімальні критерії Міжнародного товариства клітинної терапії є загальними для всіх [10].

Слід також зазначити, що потенціал MSCs для диференціації та проліферації може значно відрізнятися залежно від джерела MSCs. Було висловлено припущення, що ці відмінності є результатом прямого впливу конкретного мікросередовища, у якому вони знаходяться [15].

Той факт, що MSCs можуть бути виділені з численних джерел [15, 16], їх відносна легкість культивування in vitro, їх здатність диференціюватися на кілька різних типів клітин та їх особливі імунологічні властивості роблять MSCs перспективним засобом для клітинної терапії та регенерації тканин (рис. 1) [6, 12, 17].

MSCs можуть бути отримані з різних джерел, включаючи кістковий мозок, молочні зуби, жирову тканину та пуповину. Дія MSCs в основному пов'язана з секретомом, який складається з різних розчинних факторів (факторів росту та цитокінів) і позаклітинних везикул, які здійснюють терапевтичні ефекти. Нейропротекція, прискорення загоєння ран, індукція ангіогенезу, пригнічення запалення та запобігання апоптозу клітин є одними з зареєстрованих терапевтичних можливостей секретому MSCs [17].

Рис. 1 MSCs: джерела, секретом і терапевтичний ефект [17]. Примітка: деталі в тексті; див. «Список скорочень»

Fig. 1 MSCs: sources, secretaire and therapeutic effect [17]. Note: details are in the text; see «List of abbreviations»

Секреторні властивості. Цитокіни та фактори росту. У різних дослідженнях було показано [18], що MSCs синтезують різні цитокіни та фактори росту, на що в основному впливає локальне мікросередовище включно з такими факторами, як колонієстимулювальний фактор макрофагів (macrophage colonystimulating factor, M-CSF), інтерлейкіни (interleukin, IL) IL-6, IL-11, IL-15, фактор SCs (stem cell factor, SCF), інсуліноподібний фактор росту-1 (insulin-like growth factor, IGF-1), фактор росту ендотелію судин (vascular endothelial growth factor, VEGF), трансформуючий фактор росту бета (transforming growth factor beta, TGF-p) та фактор росту гепатоцитів (hepatocyte growth factor, HGF). Ці трофічні медіатори не тільки сприяють виживанню навколишніх клітин [17, 18], але й відіграють важливу роль у регенеративних/ регуляторних властивостях MSCs як in vitro, так і in vivo (рис. 1).

Результати котрансплантації алогенних MSCs інтрапортально з острівцями мавпам циномолгус із ЦД показали, що MSCs значно покращували функцію острівців та приживлення через місяць після трансплантації. Дійшли висновку, що MSCs можуть забезпечувати секрецію імуномодулювальних, реваскуляризаційних та регенеративних цитокінів. В іншому дослідженні спільне культивування MSCs з острівцями людини з трупного донора покращувало секреторну функцію острівців in vitro. Вважається, що до цього покращення призвело збільшення кількості трофічних цитокінів, які виділяються MSCs [10].

Диференціальні можливості. MSCs можуть бути виділені з різних тканин і органів, таких як плацента, пуповинна кров, пуповинний гель Уортона, ПЗ та жирова тканина (рис. 1). Велика кількість досліджень продемонструвала, що MSCs із кісткового мозку мають потенціал для диференціювання на мезодермальні, ектодермальні та ентодермальні тканини, включаючи кістки, м'язи, нейрони, гепатоцити, а також шкіру, кардіоміоцити та інші тканини [10]. Окрім сприяння ангіогенезу, кілька експериментальних досліджень показали, що MSCs також здатні диференціюватися в IPCs [19].

Імунологічні властивості MSCs

Загальновизнано, що MSCs не виявляють імуногенних властивостей, тому їх можна пересаджувати до алогенного хазяїна без необхідності імуносупресії. Механізм їх дії ґрунтується на їх імуномодулювальних властивостях, а також імуносупресивній активності. Вони здатні пригнічувати проліферацію та активацію різних клітин імунної системи (рис. 2).

MSCs здійснюють свій терапевтичний ефект за допомогою різних модуляторів [17].

Ця взаємодія може відбуватися безпосередньо (клітина-клітина) та опосередковано (через розчинні фактори), і цей спосіб супресії не залежить від відповідності МНС SCs Т-клітинам. Імуномодулювальний ефект MSCs стосується таких властивостей Т-клітин як активація та проліферація і, таким чином, вони ефективно пригнічують імунну реакцію [20]. MSCs пригнічують проліферацію активованих Т-клітин шляхом секреції речовин, таких як індолеамін 2, 3-діоксигеназа та простагландин E2. Вони також пригнічують розвиток прозапальних клітин Th17 і стимулюють регуляторні Т-клітини шляхом секреції імуносупресивних цитокінів, включаючи IL-6, IL-8, IL-10, TGF-p і HGF. Крім того, некласичні молекули HLA I класу (HLA-G), експресовані MSCs, здійснюють імуносупресивну дію на різні імунні клітини. Вони інгібують проліферацію цитотоксичних Т-клітин і цитоліз, опосередкований Т-лімфоцитами, а також індукують розвиток толерогенних дендритних клітин та інгібують цитолітичні функції природних клітинкілерів [21].

MSCs можна розглядати як основних акторів оркестру імунної системи, які відіграють стратегічну роль у механізмах відновлення за допомогою прозапальної та протизапальної відповіді, зокрема, стимулюючи поляризацію макрофагів з активацією гліколітичних шляхів [22].

Було показано, що HLA-G сприяє зменшенню відторгнення трансплантата. MSCs також беруть участь у регуляції балансу Th1/ Th2 (Т-хелпери), впливаючи на рівень IL-4 та інтерферон-g в ефекторних Т-клітинах. MSCs порушують дозрівання, диференціювання та функції (секрецію цитокінів) дендритних клітин, які відіграють ключову роль у презентації антигену. Існує багато доказів того, що MSCs інгібують проліферацію, диференціювання та хемотаксис В-клітин. Вони також запобігають диференціації моноцитів у дендритні клітини.

Fig. 2 The mechanism of MSCs action on tissue regeneration and Note: details are in the text; see «List of abbreviations»

Рис. 2 Механізм дії MSCs щодо відновлення тканин та імуномодуляції [17]. Примітка: деталі в тексті; див. «Список скорочень». immunomodulation [17]

Завдяки своїм імунорегуляторним властивостям MSCs захищені від лізису та цитотоксичної дії імунної системи хазяїна. Імунофенотип MSCs зазвичай описують як MHC I - /MHC II-. Вони також не експресують костимулюючі молекули (CD40, CD80, CD86) та гемопоетичні маркери CD45, CD34, CD14, CD11, CD19 і CD18 (антиген-1, пов'язаний із функцією лейкоцитів, lymphocyte function-associated antigen 1, LFA-1), що робить їх неімуногенними. МНС I класу може активувати Т-клітини, але за відсутності костимулюючих молекул вони є не реактивними [12].

Модифікація MSCs

Як правило, MSCs є пластичною адгерентною популяцією клітин, що мають здатність до самовідновлення та до диференціювання в адипогенні, остеогенні, хондрогенні та інші клітинні лінії. Вони мають інтенсивні імуномодулювальні властивості, але низьку імуногенність. Всі MSCs, виділені з різних джерел, мають спільні характерні функції щодо індукції регенерації, а також підтримання загального гомеостазу тканин завдяки їх особливим властивостям, включаючи здатність до хомінгу в таргетні сайти [23].

Генетична модифікація. При генетичній модифікації MSCs сконструйована генна касета завантажується у вектор для полегшеного перенесення в MSCs. Потрапляючи в MSCs, він активує певні специфічні гени. Експресія трансгенів може або залишатися незмінною, що приводить до синтезу специфічних молекулярних білків, або може регулюватися за допомогою генного перемикача (рис. 3) [24].

Посилення міграції. Генетична модифікація MSCs має на меті поліпшити виживання клітин, посилити міграцію, ділення, хомінг та адгезію MSCs у цільових сайтах, а також запобігти їх сенесценції. Для посилення міграції MSCs використовують індукцію надекспресії рецепторів 1, 4 та 7 хемокінів родини CXC. CXCR4 і CXCR7 служать специфічними рецепторами для одного з найпотужніших хемокінів, пов'язаного з клітинними міграційними процесами -- стромального клітинного фактора 1 (stromal cell-derived factor 1, SDF-1) [25], CXCR1 є швидше рецептором IL-8.

Надмірна експресія CXCR4/CXCR7 у MSCs, отриманих із жирової тканини, сприяє їх паракринним, проліферативним та міграційним властивостям. CXCR7 необхідний не тільки для міграції та проліферації MSCs, але й для ангіогенезу. Ця модифікація характеризується потужним терапевтичним ефектом. Надекспресія CXCR4 посилює мобілізацію та приживлення MSCs у трансплантати печінки щурів, де MSCs стимулюють ранню регенерацію залишкової печінки. На моделі церебральної ішемії/реперфузії щурів показано, що рецептори CXCR4 і CXCR7 коекспресуються в MSCs, які походять з кісткового мозку, і синергетично сприяють їх міграції, хоча ефект CXCR7 був сильнішим, ніж CXCR4. Мігрувальні MSCs сприяли автокринній і паракринній передачі сигналів SDF-1a. Інші модифікації, що пов'язані з надекспресією факторів, які адекватно посилюють міграцію та хомінг MSCs, включають ядерні рецептори: пов'язаний з ядерним

Рис. 3 Способи модифікації MSCs із метою покращення їх властивостей [24]. Примітка: деталі в тексті; див. «Список скорочень»

Fig. 3 Methods of modifying MSCs in order to improve their properties [24]. Note: details are in the text; see «List of abbreviations»

рецептором білок 1 (nuclear receptor related 1 protein, NURR1) та ядерний рецептор 4A1 (nuclear receptor 4A1, NUR77), ген аквапорину-1 [26] та субодиниці інтегрину альфа 4 (integrin subunit alpha 4, ITGA-4) [24]. Було показано, що NUR77 та NURR1 характеризуються найвищою експресією в мігрувальних MSCs. Аналіз клітинного циклу свідчить про зменшення частки клітин у S-фазі (у клітинах з експресією NUR77 та NURR1), порівняно з контрольними клітинами (рис. 3). Посилення міграційної здатності MSCs із надекспресією аквапорину-1 та CXCR4, частково відбувається через активацію сигнальних шляхів Akt та кінази, що регулюється позаклітинними сигналами (extracellular signal-regulated kinase, ERK) [26].

Міграційна властивість MSCs підвищується за допомогою попередньої гіпоксії. Рівні експресії SDF-1 та CXCR4 зростали після прекондиціонування, додатково підвищуючи експресію SDF-1/CXCR4 та покращуючи міграційну здатність MSCs. Гіпоксичне прекондиціонування MSCs також викликає посилення експресії LincРНК-p21, поряд із CXCR4/7 та фактором, що індукується гіпоксією 1а (hypoxia-inducible factor 1-alpha, HIF-1a), разом сприяючи міграційній здатності та виживанню MSCs [27].

Дослідження ролі IL-3 у міграції MSCs показало, що в його присутності клітини надмірно експресують CXCR4, що через вісь SDF-1/ CXCR4 спричиняє посилену міграцію. Також було помічено, що індукція автофагії рапаміцином сприяє здатності MSCs мігрувати та експресувати протизапальні цитокіни, а також збільшувати експресію CXCR4, не впливаючи на життєздатність клітин. Після введення in vivo модифікованих MSCs (вісь CXCR4/ CXCL12) більша частина клітин мігрувала до ішемізованих областей, що призводило до поліпшення функції печінки та зменшення кількості запальних цитокінів [28]. Попереднє кондиціонування MSCs хелатором заліза та індуктором гіпоксії дефероксаміном є ефективним способом посилення міграції, а також хомінгу. Також було продемонстровано, що в присутності онкостатину М (OSM) MSC надмірно експресують глікопротеїн 130/онкостатин М рецептор 2 типу, спричинюючи підвищену регуляцію HGF [24].

Поліпшення адгезії. Оптимальна адгезія MSCs має вирішальне значення для їх проліферації та життєздатності на поверхнях субстратів та сприяє клітинному приживленню і регенерації тканин. Відомо, що адгезія пов'язана з інтегринами, які контролюють взаємодію клітина-позаклітинний матрикс (extracellular matrix, ECM) та механізми міжклітинної адгезії за допомогою молекул адгезії та зв'язування з ECM [29]. Отже, адгезійну здатність MSCs, поряд з іншими їх властивостями, покращують експресія інтегринів та фокального комплексу адгезії (рис. 3). Так, у MSCs генетично модифікованих щодо надекспресії інтегринзв'язаної кінази (integrin-linked kinase, ILK), рівень виживання збільшувався в 1,5 раза, а фосфорилювання ERK1/2 та Akt у трансфікованих MSCs зростало приблизно втричі та вдвічі відповідно. Рівень адгезії також зростав, зі ступенем утримання приблизно в чотири рази вищим, порівняно з немодифікованими MSCs. Підвищена виживаність та адгезія клітин призводили до поліпшення відновлення пошкоджень міокарда [30].

Модифікація поверхні біоміметичних позаклітинних матриць -- полі(диметилсилоксан), оброблений глутаральдегідом і (3-амінопропіл) триетоксисиланом, та деякі біоактивні молекули, також посилювали адгезію і проліферацію MSCs. Застосування цих технологій має великі перспективи [31].

Надмірна експресія мікроРНК^^ у MSCs не тільки спричиняла посилення міграції, але й покращувала фокальну адгезію (рис. 3) [32]. Для подальшого вивчення механізму, що лежить в основі цього ефекту, було проаналізовано таргетні гени мікроРНК-9-5p і показано, що прямими мішенями мікроРНК9-5p у MSCs є казеїнкіназа 1а (casein kinase 1а,

CK1a) та кіназа глікоген-синтази 3р (glycogen synthase kinase 3 beta, GSK3P) (інгібітори сигнального шляху р-катеніну). Отже, надекспресія мікроРНК-9-5p підвищує регуляцію сигнального шляху р-катеніну.

В іншому дослідженні підтверджено, що посилена динаміка адгезії регулюється фокальною адгезійною кіназою (focal adhesion kinase,

FAK) та Rac1 в експерименті щодо вивчення міграції MSCs, індукованої VEGF [33]. Крім того, було підтверджено, що глікольна інженерія поверхні MSCs, надмірно експресуючих _VERTE^.

а(1,3)-фукозилтрансферазу, забезпечує ефективний хомінг та адгезію MSCs на моделі ішемії/реперфузії. Водночас як зв'язування з використанням 19Fc [FUT7 ( - )] (рекомбінантний білок глікопротеїнового лігагду-1 Р-селектину (P-selectin glycoprotein ligand 1, PSGL-1)) посилювало захоплення клітин рекомбінантним P-селектином, а(1,3)фукозилювання було необхідно для надійного зв'язування з E-селектином і ендотеліальними клітинами в стані запалення при стресі зсуву, що разом поліпшувало приживлення SCs [34].

Гіпоксичне прекондиціонування MSCs посилює їх здатність до приживлення та виживання в тканинах-мішенях. MSCs експресують високий рівень обох рецепторів SDF-1 - CXCR4 та CXCR7, при концентрації O₂ 3%. Ці фактори поряд з індукованою експресією HIF-1a та фосфорилюванням Akt, обумовлюють вищу адгезію, міграцію та виживання MSCs. MSCs, отримані з кісткового мозку, прекондиціонували 2,4-динітрофенолом (2,4-Dinitrophenol, DNP) на моделі щурів і виявляли вищу адгезію до поверхні та підвищену життєздатність [35]. Відомо, що інгібітор активатора плазміногену 1 (plasminogen activator inhibitor-1, PAI-1) негативно регулює виживання MSCs in vivo. PAI-1, екстрагований із MSCs, не впливає на виживання MSCs через плазмін-залежний механізм, але безпосередньо впливає на адгезивність MSCs до навколишніх матриксів. Модифікації попереднього кондиціонування, спрямовані на інгібування або виключення PAI-1, забезпечують посилення адгезії MSCs та виживання автотрансплантата [24].

Поліпшення виживання. MSCs також модифікують для збільшення часу виживання в несприятливому мікросередовищі, в яке вони вводяться або культивуються (рис. 3) [36]. Це дозволяє клітинам рости досить довго, щоб здійснювати достатньо тривалу терапевтичну дію. Надекспресія ILK у MSCs підвищувала їх виживання та ангіогенез через сигнальні шляхи Akt та mTOR. Показано також прискорення самооновлення та підвищене виживання MSCs через надмірну експресію ILK у стані гіпоксії. У цих процесах ILK ініціює секрецію IL-6 і, відповідно, активацію сигнальних шляхів JAK2/STAT3 та WNT [37]. MSCs, трансфіковані фактором, що індукується гіпоксією 1 альфа (hypoxia-inducible factor 1-alpha, HIF1a), також демонструють підвищені життєздатність та виживання при гіпоксії. Крім того, трансфекція HIF1a захищає MSCs від пошкоджень, спричинених депривацією кисню та глюкози та навіть сприяє мобілізації MSCs у периферичну кров, що в цілому покращує заживлення травм. MSCs щурів, трансфікували невеликою РНК, яка інтерферує, щодо гена HIF1a в умовах гіпоксії, після чого аналізували життєздатність клітин, апоптоз та експресію HIF1a. Стан гіпоксії підвищує експресію HIF1a і життєздатність MSCs, що в результаті сприяє виживанню та пригнічує апоптоз навіть при нормоксії. Можливі механізми, що лежать в основні цього ефекту можуть включати пригнічення HIF1a шляху p53 [38].

HGF -- ще один важливий цитокін, який бере участь в ангіогенезі, антиапоптозі та протизапальних процесах. Є дані, що MSCs, які надекспресують HGF, демонструють високий терапевтичний ефект при серцево-судинних захворюваннях, пошкодженнях печінки, легенів, сприяють стабілізації бар'єрної функції ендотелію, регенерації тканини скелетних м'язів і навіть регенерації пошкоджених нейронів на моделі хвороби Паркінсона [24]. Дослідження захисної ролі MSCs, трансфікованих геном HGF, при пошкодженні гепатоцитів, спричиненого ацетамінофеном, показало, що генетично трансфіковані MSCs покращують виживання клітин та експресію антиапоптотичного білка Mcl-1, а також призводять до посиленої проліферації та захисту гепатоцитів. В іншому дослідженні, спрямованому на оцінку кардіопротекторних ефектів MSCs із надекспресією HGF, на моделі інфаркту міокарда мишей показано, що в таких MSCs пригнічується апоптоз у відповідь на гіпоксичну реакцію та експресуються вищі рівні інших цитокінів -- VEGF, епідермальний фактор росту (epidermal growth factor, EGF) та базовий фактор росту фібробластів (basic fibroblast growth factor, bFGF). Після трансплантації ці MSCs демонстрували значне покращення функції серця, про що свідчили зменшення апоптозу кардіоміоцитів, а також посилені проліферація кардіоміоцитів та ангіогенез. Інші модифікації MSCs, що покращують їх виживання, включають надмірну експресію Gremlin1 та протеїнкінази Ce, ко-експресію Bcl-2 та VEGF, підвищення регуляції тирозинкиназного рецептора В (tyrosine receptor kinase B, TrkB), інгібування мікроРНК-34a, стимуляція Cripto та трансфекція геном рецептора фактора некрозу пухлини (tumor necrosis factor receptor, TNFR) (рис. 3) [24].

Гальмування передчасного старіння. Іншим важливим напрямком генетичної модифікації MSCs є запобігання передчасному старінню (сенесценції) культивованих або трансплантованих клітин. Сенесценція, яка призводить до незворотної зупинки клітинної проліферації, значною мірою обмежує функції MSCs [39, 40].

Показано зв'язок між MSCs, що старіють, та дегенеративними захворюваннями, особливо віковими, такими як остеоартрит та ідіопатичний легеневий фіброз. При цих захворюваннях MSCs піддаються старінню та опосередковують формування асоційованих зі сенесценцією секреторних фенотипів, впливаючи на навколишнє мікросередовище. Таким чином, сенесцентні MSCs можуть прискорювати старіння тканин, збільшуючи кількість клітин, що старіють, і поширюючи запалення на сусідні клітини. Ці MSCs не тільки перешкоджають відновленню тканин через виснаження SCs, пов'язане зі старінням, а й опосередковують дегенерацію тканин, ініціюючи та поширюючи запалення. Потрібні нові стратегії клітинної терапії на основі MSCs для видалення, омолодження або заміни сенесцентних MSCs [39].

Дослідами in vitro було встановлено, що полі-Ь-лізин (poly-L-lysine, PLL) ефективно запобігає старінню та посилює ростові процеси в MSCs [41]. Також показано, що генетична модифікація MSCs надекспресією генів SOX2 та OCT4 ефективно покращує потенціал диференціації та проліферації трансплантованих MSCs [42], а також їх протизапальний ефект. Для посилення стовбуровості та проліферації MSCs у клітини вводили шляхом ліпосомної трансфекції OCT4 та SOX2 людини, щоб надати їм більші можливості щодо поширення та диференціювання. Результати аналізу клітинного циклу показують, що кількість MSCs, отриманих із жирової тканини та трансфікованих OCT4/SOX2, зменшувались у фазі G1 із супутнім підвищенням частки клітин у S-фазі. Це свідчить про прискорення переходу клітин із фази G1 у фазу S, що супроводжується вищими диференціаційними можливостями MSCs [42]. Це досягається шляхом регуляції генів, що беруть участь у клітинному циклі, адгезії, стовбуровості, проліферації, диференціації та передачі сигналів FGF-2. Також показано, що порушення гомеостазу мітохондріальних активних форм кисню (mtROS) є головним фактором, що викликає старіння MSCs, а запобігання накопиченню mtROS сприяє пригніченню сенесценції. З цією метою застосовували надекспресію Ephrin type-B receptor 2 (EphB2), у результаті чого в MSCs збільшувалась кількість супероксиддисмутази-2 (superoxide dismutase 2, SOD2), також відомої як манган-залежна супероксиддисмутаза або мітохондріальна супероксиддисмутаза (manganese-dependent superoxide dismutase, MnSOD), і знижувався рівень mtROS, оптимізуючи таким чином терапевтичний вплив MSCs щодо загоювання ран [43].

Трансфіковані геном TERT (зворотня транскриптаза теломерази, telomerase reverse transcriptase) MSCs перешкоджають старінню та характеризуються вищим рівнем експресії генів факторів, пов'язаних із проліферацією та клітинним циклом, а також посилюють проліферацію нервових та остеогенних ліній (рис. 3). В основі механізму, що підвищує здатність MSCs до самовідновлення (і запобігає сенесценції) при трансфекції геном TERT, лежать взаємодії, що включають утворення комплексів із такими молекулами, як секурин, білок теплового шоку людини 90 та шаперонів, таких як Ku70. Сигнальні шляхи, що беруть участь у модулювальних функціях гена TERT щодо посилення остеобластної диференціації MSCs, отриманих із кісткового мозку людини, включають сигналінг IGF. Зокрема, відомо, що індуковане IGF фосфорилювання та активність лужної фосфатази (alkaline phosphatase, ALP) сприяють диференціації остеобластів [44].

Механізми терапевтичних ефектів MSCs

Запропоновано кілька можливих механізмів, за допомогою яких MSCs здійснюють свої сприятливі ефекти (рис. 1, 2). Дослідження показали, що MSCs можуть мігрувати до місць пошкодження, а потім диференціюватися у функціональні клітини, або що вони можуть _VERTE^.

зливатися з ураженими клітинами для регенерації пошкоджених тканин. Пізніші роботи продемонстрували, що паракринні фактори, мітохондріальне перенесення та позаклітинна секреція везикул відіграють важливу роль в опосередкуванні ефектів MSCs [7, 45].

Паракринні ефекти. MSCs секретують паракринні фактори, включаючи цитокіни, хемокіни, фактори росту та мікроРНК. Трансплантація MSCs або застосування окремих секретованих факторів дозволяє паракринним факторам MSCs потрапляти до пошкоджених тканин, сприяти відновленню здорового мікросередовища і загоєнню тканин. Паракринні фактори MSCs відіграють важливу роль в імуномодуляції, регенерації та загоєнні тканин, антифіброзі, антиапоптозі та ангіогенезі [46]. Тому багато досліджень зосереджувались на підборі умов культивування, щоб спрямувати секретом MSCs на терапевтичні цілі. Зміни включали: концентрацію кисню, використання MSCs із різних типів тканин, інкубацію з факторами росту або попередню обробку цитокінами, кількість пасажів, культивування тривимірних сфероїдів та механічна деформація [45].

Здатність MSCs до імуномодуляції зробила їх корисним інструментом для лікування запальних розладів, таких як розсіяний склероз, хвороба Крона, хвороба «трансплантат проти хазяїна» (graft-versus-host disease, GVHD), системний червоний вовчак, ЦД1, інших автоімунних захворювань [20, 45, 47]. Імуномодуляція залежить від перехресної взаємодії між MSCs та імунним мікросередовищем тканинимішені. У запальному мікросередовищі прозапальні цитокіни, включаючи IL-1 р, IL-6, IL-23, інтерферон-у та фактор некрозу пухлини а (tumor necrosis factor а, TNF-а), можуть стимулювати секрецію MSCs протизапальних факторів, таких як стимульований TNFa ген (tumor necrosis factor-inducible gene 6 protein, також відомий, як TNF-stimulated gene 6 protein, TSG-6), оксид азоту, IL-10, галектини, простагландин Е2 та TGF-p [45]. При дії цих протизапальних сигналів, що секретуються MSCs, активність ядерного фактора NF-kB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells) і, як наслідок, експресія запальних цитокінів у макрофагах, дендритних клітинах і Т-клітинах пригнічується і, як результат, імунні клітини починають експресувати вищий рівень протизапального цитокіну IL-10. Нещодавно було показано ефективність використання MSCs для послаблення цитокінового шторму у хворих на COVID-19 та його шкідливої дії на серцево-судинну систему [48, 49].

Паракринні фактори MSCs також взаємодіють з імунними клітинами та зміщують поляризацію макрофагів у бік фенотипу М2, що знижує регуляцію як вроджених, так і адаптивних імунних реакцій [46]. Також є дані, що регуляторні Т-клітини (Treg) стимулюють секрецію MSCs індолеамін 2,3-діоксигенази (indoleamine-2,3-dioxygenase, IDO), тим самим посилюючи дію Treg та послаблюючи гостре ураження печінки. На додаток до своєї імуномодулювальної здатності, MSCs здатні виділяти фактори, які можуть сприяти проліферації клітин, посилювати ангіогенез та зменшувати апоптоз клітин. Як вже згадувалося, MSCs можуть секретувати фактори, що сприяють росту та ангіогенезу, такі як bFGF, IGF, TGF-p, SDF-1a, SFRP1/2 (secreted frizzled-related protein-1/2), ангіопоетини та VEGF [45].

Було продемонстровано, що MSCs можуть інгібувати фіброз шляхом секреції паракринних факторів. Хронічне запалення є основним фактором, що зумовлює процес фіброзу, який може змінити нормальну архітектурну структуру тканин і призвести до погіршення її функціонування. Оскільки MSCs можуть зменшувати запалення, їх використання стало привабливою терапевтичною стратегією для пригнічення фіброзу. Показано, що отримане від культури MSCs кондиціоноване середовище (conditioned medium, CM) послаблює фіброз печінки шляхом IDO-залежного зменшення кількості клітин Th17 [50]. Також було показано, що MSCs секретує антагоніст рецепторів інтерлейкіну 1 (interleukin 1 receptor antagonist, IL-1Ra), який пригнічує активацію зірчастих клітин і зменшує експресію колагену I типу -- ключового компонента фіброзної тканини печінки. Застосування MSC-CM також зменшувало фіброз та відкладення колагену на моделях ураження легенів, спричинених блеоміцином або діоксидом кремнію. У клітинах, що контактували з MSCs, рівні HGF, фактору росту кератиноцитів (keratinocyte growth factor, KGF) та BMP-7 зростали, тоді як рівні TGF-P1 та TNF-а знижувались. Ці результати дозволяють припустити, що антифібротичний ефект MSCs може бути опосередкований за допомогою паракринних механізмів. На моделі індукованої блеоміцином травми легенів показано, що станніокальцин-1 (stanniocalcin-1, STC-1), що секретується MSCs у відповідь на TGF-P1, чинить антифібротичну дію, зменшуючи окислювальний стрес, стрес ендоплазматичного ретикулуму та продукцію TGF-P1 у клітинах альвеолярного епітелію. Подібним чином, MSCs знижували експресію пов'язаного з фіброзом тканинного інгібітора матриксної металопротеїнази-1, що призводило до поліпшення серцевої функції на моделі інфаркту міокарда [45].

Мікровезикули, отримані з MSCs. Нова регуляторна роль MSCs як в адаптивній, так і у вродженій імунній відповіді була детально досліджена, і MSCs широко використовувалися в клінічних випробуваннях як імуносупресивні агенти для автоімунних та запальних захворювань, включаючи хворобу «трансплантат проти хазяїна», розсіяний склероз, системний червоний вовчак, хронічне захворювання нирок тощо. Недавні дослідження показали, що імуномодулювальна функція MSCs пов'язана з секрецією EVs, які доставляли матеріал батьківської клітини до клітин-реципієнтів без онкогенності або мінливості. Оскільки MSC-EVs демонструють більшість властивостей MSCs і мають переваги в їх імуномодулювальній функції, використання MSC-EVs є перспективним щодо неклітинної терапії різних захворювань людини, зокрема й COVID-19 [51-53].

Мікровезикули (МВ) -- це мікрочастинки для комунікації між клітинами, що виділяються з різних типів клітин, зокрема й із MSCs [54, 55]. МВ вивільняються в позаклітинний простір протягом усього періоду життя клітин через утворення бруньок, міхурців (блеббінг) плазматичною мембраною. Тому вони мають поверхневі характеристики MSCs, такі як CD29, CD44 та CD73. Вони також містять біологічно активні молекули, такі як білки, ліпіди, мРНК та мікроРНК. Коли MB передаються клітинам-реципієнтам шляхом злиття мембран або інтерналізації, їх вміст може змінити транскрипцію, проліферацію та імунорегуляцію клітин-мішеней, що призводить до функціональних та фенотипічних змін. Функції МВ є специфічними для клітин, з яких вони походять.

Останні результати показали, що МВ, отримані з MSCs (MSC-МВ), характеризуються регенеративними ефектами для кількох моделей захворювань [10, 54]. У одному з досліджень ко-культивували MSC-МВ із мононуклеарними клітинами периферичної крові пацієнта з ЦД1. Було показано, що рівень IFN-y знизився в стимульованих мононуклеарних клітинах периферичної крові, а рівні TGF-p, IL-10, IL-6 та простагландину Е2 - зросли. Крім того, МВ збільшували популяцію регуляторних FoxP3 - Т-клітин (Treg) серед стимульованих мононуклеарних клітин периферичної крові. В іншій роботі також продемонстрували, що MSC-МВ можуть індукувати толерогенний фенотип шляхом індукції запрограмованого ліганду смерті 1, TGF-p, IL-10 та Treg. Очевидно, ці властивості MSC-екзосом та МВ є основою їх використання для терапії COVID-19 [52].

Спостерігається і зворотна картина, коли екзосоми сусідніх клітин покращують терапевтичні ефекти MSCs. Так, завдяки своїй здатності до остеогенної диференціації, мезенхімальні SCs кісткового мозку (bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs) останніми роками стали базовими остеогенними клітинами для інженерії кісткової тканини та цитотерапії [56, 57]. Недавні дослідження визначили, що перехресні взаємодії макрофагів і BMSCs є корисними для загоєння дефектів кісток [58]. Показано, що поляризовані екзосоми макрофагів M1 і M2 можуть сприяти остеогенезу BMSCs. Зокрема, екзосоми, отримані з макрофагів M1, сприяють остеогенезу BMSCs через мікроРНК-21а-5р на ранній стадії запалення. Це дослідження допомагає розвинути розуміння складних взаємодій між BMSCs і макрофагами, що може допомогти покращити процес загоєння кісток, а також додаткові регенеративні процеси шляхом локального тривалого вивільнення екзосом.

Хоча використання MSC-МВ може представляти нову терапевтичну стратегію, при клінічному застосуванні МВ деякі питання, такі як стійкість біологічних ефектів, специфічність захворювання, хомінг та біорозповсюдження, мають бути уточнені [10].

Використання MSCs для лікування ЦД

В останні десятиліття вчені продовжують розвивати терапевтичні підходи з використанням MSCs. Так, MSCs стали важливим засобом лікування ЦД1, включаючи запобігання його вторинним ускладненням та заміну р-клітин [59-61]. В MSCs була виявлена мережа з 24 генів, які пов'язані з ЦД та ожирінням [62].

MSCs є негематопоетичними, фібробластоподібними, мультипотентними стромальними клітинами, які можуть бути ефективно вилучені з широкого спектра тканин і швидко піддаються диференціації до мезодермального лінеажу, наприклад, у кардіоміоцити, міобласти, адипоцити, хондроцити, а також у р-клітини. Є дані, що терапія MSCs ЦД1 покращує гіперглікемію, стимулює механізми відновлення острівців ПЗ шляхом секреції цитокінів і факторів росту та модулює імунну систему хазяїна [63].

SCs дорослого організму, такі як SCs печінки, гемопоетичні SCs кісткового мозку і MSCs, отримані з кісткового мозку і пуповинної крові, а також MSCs, отримані з жирової тканини (adipose-derived MSCs, AD-MSCs), досліджувались щодо їх потенціалу генерувати IPCs [19].

AD-MSCs, попередньо інкубовані з галатом епігалокатехіну зеленого чаю, посилюють регенерацію тканин ПЗ у щурів із ТТД1 за допомогою регулювання сигналінгу ROS/ Sirt1 [64].

Ентодермальна природа клітин ПЗ робить SCs печінки перспективним джерелом для терапевтичного використання. У різних дослідженнях для індукції утворення попередників p-клітин із тканини печінки використовували експресію гомеобоксу ПЗ та дванадцятипалої кишки (pancreatic and duodenal homeobox 1, PDX-1) [65]. SCs печінки миші та людини диференціювали до Р-подібних IPCs і використовували для подолання стану гіперглікемії. Перспективним є застосування SCs печінки для індукції регенерації IPCs, однак для встановлення протоколів клінічного використання необхідні подальші дослідження.

Показано також, що білок парного боксу 4 (paired box gene 4, PAX4) помітно посилював схильність PDX1-позитивних MSCs до утворення зрілих острівцевих кластерів і функціональних p-подібних IPCs. Для індукції диференціювання MSCs in vitro використовували рекомбінантні аденовіруси, що несуть PDX1 і PAX4. Виявили, що PAX4 регулює експресію Nkx6.1, MAFA, інсуліну та GLUT2 в PDX1 - MSCs, визначаючи долю р-клітин. В умовах високого рівня глюкози клітини, інфіковані комбінованими аденовірусами PDX1 і PAX4, експресували маркери та демонстрували нормальний розвиток р-клітин. Таким чином, PAX4 сприяв диференціації PDX1 - MSCs до р-клітин [66].

Оскільки MSCs можуть диференціюватися в клітини ПЗ, а також загоювати пошкоджені тканини, вони використовуються для лікування ЦД1 [67]. Мезенхімальні SCs кісткового мозку (bone marrow mesenchymal stem cells, BM-MSCs) також здатні сприяти приживленню трансплантата та знижувати автоімунну реакцію. Однак потенціал BM-MSCs для терапії обмежений відсутністю стандартизованих методів, труднощами диференціювання in vivo та можливістю індукції пухлини. ADMSCs дуже схожі на BM-MSCs і клінічно визнані за своїм терапевтичним потенціалом завдяки простоті їх отримання і великій кількості доступних клітин. AD-MSCs також успішно використовувалися для лікування ЦД1 у мишей і їх потенціал протидіяти реакції відторгнення трансплантата підвищує шанси на успіх терапії [65].

Трансплантація MSCs також здійснює позитивний вплив на розвиток та прогресію діабетичної нефропатії [68].

MSCs людини мають здатність затримувати прогресію автоімунного ЦД, пригнічуючи розвиток TM-клітин, що може також покращувати ефективність трансплантації острівців у пацієнтів із ЦД1. Нині вважають, що паракринний механізм дії MSCs in vivo є більш важливим, зокрема через утворення MSC-EXOs (екзосоми, отримані від MSCs) (рис. 4). У попередніх дослідженнях було вивчено вплив MSC-EXOs на ускладнення ЦД і показано, що екзосоми, вивільнені BM-MSCs, характеризувались подібними до SCs функціями, і були здатні покращувати когнітивні порушення в діабетичних мишей, відновлюючи пошкоджені нейрони та астроцити [69]. В іншому дослідженні було виявлено, що AD-MSC-EXOs здійснюють позитивний ефект при ЦД1 шляхом збільшення експресії протизапальних факторів (IL-10) і популяції Treg, які здатні пригнічувати імунну реакцію, запобігати імунній

гіперактивації та автоімунним ушкодженням. Крім того, було підтверджено, що позаклітинні везикули, отримані з MSCs (mesenchymal stem cell extracellular vesicles, MSC-EVs) можуть інгібувати запалення острівців, значно підвищуючи рівень інсуліну в плазмі крові та ефективно затримуючи розвиток ЦД1 у мишей. Ці результати свідчать про те, що MSCEVs мають великий потенціал як клітинна терапія для профілактики ЦД1 [69, 70].

MSC-EVs демонструють великий потенціал імунної модуляції, що може бути застосовано для клінічного лікування ЦД1. Вивільнені MSC-EVs потрапляють у циркуляцію та мають мішенями різні клітини, в які потрапляють шляхом прямого злиття з плазматичною мембраною, ендоцитозу через фагоцитоз або взаємодії рецептор-ліганд. Молекулярний вміст MSC-EVs (міРНК і білки) вивільняється в ці таргетні клітини, що сприяє імуномодуляції за допомогою різних сигнальних шляхів [70].

Трансплантація MSCs

Трансплантація MSCs відновлює пошкодження в ніші ПЗ. Проте неясно, чи приводить прямий фізичний контакт між MSCs та острівцями ПЗ до кращого результату на відміну від непрямого впливу розчинних факторів, що вивільняються з MSCs, які потрапляють у циркуляцію після системного введення. Дію MSCs досліджували в прямому і непрямому контакті з клітинами лінії MIN6 (р-клітини ПЗ миші), пошкоджених стрептозотоцином (streptozotocin, STZ) in vitro. Захисні та антидіабетичні результати трансплантації MSCs оцінювали за допомогою внутрішньопанкреатичного шляху та внутрішньовенного шляху на трансгенних мишах NMRI з ЦД, індукованим STZ. Введення MSCs через внутрішньопанкреатичний шлях послаблювало гіперглікемію на відміну від внутрішньовенного шляху. Внутрішньопанкреатичний шлях призводив до більшої кількості поділів острівцевих клітин, кількості острівців, площі острівців, кількості EGFs та до збалансування співвідношення Th1/Th2 in vivo. Фізичний контакт in vitro також забезпечував кращий захист МШ6-клітин від STZ через шляхи Akt і ERK, порівняно з непрямим контактом [63].

Рис. 4 Регуляція імунної системи мікровезикулами, отриманими з MSCs [70]. Примітка: деталі в тексті; див. «Список скорочень»

Fig. 4 Regulation of the immune system by microvesicles derived from MSCs [70]. Note: details are in the text; see «List of abbreviations»