RU2809076C1 - Method of obtaining limbal stem cells in collagen hydrogel - Google Patents
Method of obtaining limbal stem cells in collagen hydrogel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809076C1 RU2809076C1 RU2023118666A RU2023118666A RU2809076C1 RU 2809076 C1 RU2809076 C1 RU 2809076C1 RU 2023118666 A RU2023118666 A RU 2023118666A RU 2023118666 A RU2023118666 A RU 2023118666A RU 2809076 C1 RU2809076 C1 RU 2809076C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cells
- limbal
- solution
- days
- stem cells
- Prior art date
Links
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 title claims abstract description 16
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 title claims abstract description 16
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims abstract description 28
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 102000004142 Trypsin Human genes 0.000 claims abstract description 7
- 108090000631 Trypsin Proteins 0.000 claims abstract description 7
- 238000001574 biopsy Methods 0.000 claims abstract description 7
- 210000003786 sclera Anatomy 0.000 claims abstract description 7
- 239000012588 trypsin Substances 0.000 claims abstract description 7
- 108010007093 dispase Proteins 0.000 claims abstract description 6
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 5
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 5
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 claims description 4
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 210000004748 cultured cell Anatomy 0.000 abstract description 8
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 8
- 210000004087 cornea Anatomy 0.000 description 5
- 239000006144 Dulbecco’s modified Eagle's medium Substances 0.000 description 4
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 4
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 4
- 210000002901 mesenchymal stem cell Anatomy 0.000 description 4
- UCSJYZPVAKXKNQ-HZYVHMACSA-N streptomycin Chemical compound CN[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@](C=O)(O)[C@H](C)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](NC(N)=N)[C@H](O)[C@@H](NC(N)=N)[C@H](O)[C@H]1O UCSJYZPVAKXKNQ-HZYVHMACSA-N 0.000 description 4
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 4
- 206010072138 Limbal stem cell deficiency Diseases 0.000 description 3
- 210000001691 amnion Anatomy 0.000 description 3
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 3
- 210000000795 conjunctiva Anatomy 0.000 description 3
- 210000003560 epithelium corneal Anatomy 0.000 description 3
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 3
- 210000004379 membrane Anatomy 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 3
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 3
- 241000700112 Chinchilla Species 0.000 description 2
- 102000012422 Collagen Type I Human genes 0.000 description 2
- 108010022452 Collagen Type I Proteins 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 2
- BQRGNLJZBFXNCZ-UHFFFAOYSA-N calcein am Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC(CN(CC(=O)OCOC(C)=O)CC(=O)OCOC(C)=O)=C(OC(C)=O)C=C1OC1=C2C=C(CN(CC(=O)OCOC(C)=O)CC(=O)OCOC(=O)C)C(OC(C)=O)=C1 BQRGNLJZBFXNCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000000981 epithelium Anatomy 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 230000002062 proliferating effect Effects 0.000 description 2
- 229960005322 streptomycin Drugs 0.000 description 2
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- APKFDSVGJQXUKY-KKGHZKTASA-N Amphotericin-B Natural products O[C@H]1[C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@H]1C=CC=CC=CC=CC=CC=CC=C[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)[C@H](C)OC(=O)C[C@H](O)C[C@H](O)CC[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H](O)C[C@](O)(C[C@H](O)[C@H]2C(O)=O)O[C@H]2C1 APKFDSVGJQXUKY-KKGHZKTASA-N 0.000 description 1
- 206010002091 Anaesthesia Diseases 0.000 description 1
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 208000009043 Chemical Burns Diseases 0.000 description 1
- 208000018380 Chemical injury Diseases 0.000 description 1
- 102000004127 Cytokines Human genes 0.000 description 1
- 108090000695 Cytokines Proteins 0.000 description 1
- 108010080379 Fibrin Tissue Adhesive Proteins 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 229930182566 Gentamicin Natural products 0.000 description 1
- CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N Gentamicin Chemical compound O1[C@H](C(C)NC)CC[C@@H](N)[C@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](NC)[C@@](C)(O)CO2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N CEAZRRDELHUEMR-URQXQFDESA-N 0.000 description 1
- NNJVILVZKWQKPM-UHFFFAOYSA-N Lidocaine Chemical compound CCN(CC)CC(=O)NC1=C(C)C=CC=C1C NNJVILVZKWQKPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010029113 Neovascularisation Diseases 0.000 description 1
- 229930182555 Penicillin Natural products 0.000 description 1
- JGSARLDLIJGVTE-MBNYWOFBSA-N Penicillin G Chemical compound N([C@H]1[C@H]2SC([C@@H](N2C1=O)C(O)=O)(C)C)C(=O)CC1=CC=CC=C1 JGSARLDLIJGVTE-MBNYWOFBSA-N 0.000 description 1
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 1
- 102000013127 Vimentin Human genes 0.000 description 1
- 108010065472 Vimentin Proteins 0.000 description 1
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000000735 allogeneic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- APKFDSVGJQXUKY-INPOYWNPSA-N amphotericin B Chemical compound O[C@H]1[C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@H]1/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)[C@H](C)OC(=O)C[C@H](O)C[C@H](O)CC[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H](O)C[C@](O)(C[C@H](O)[C@H]2C(O)=O)O[C@H]2C1 APKFDSVGJQXUKY-INPOYWNPSA-N 0.000 description 1
- 229960003942 amphotericin b Drugs 0.000 description 1
- 230000037005 anaesthesia Effects 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940124599 anti-inflammatory drug Drugs 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 1
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 1
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001363 autoimmune Effects 0.000 description 1
- 210000002469 basement membrane Anatomy 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003914 blood derivative Substances 0.000 description 1
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 1
- 230000010001 cellular homeostasis Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- UREBDLICKHMUKA-CXSFZGCWSA-N dexamethasone Chemical compound C1CC2=CC(=O)C=C[C@]2(C)[C@]2(F)[C@@H]1[C@@H]1C[C@@H](C)[C@@](C(=O)CO)(O)[C@@]1(C)C[C@@H]2O UREBDLICKHMUKA-CXSFZGCWSA-N 0.000 description 1
- 229960003957 dexamethasone Drugs 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 210000005081 epithelial layer Anatomy 0.000 description 1
- 239000012091 fetal bovine serum Substances 0.000 description 1
- 239000012894 fetal calf serum Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 229960002518 gentamicin Drugs 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N glutamine Natural products OC(=O)C(N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000023597 hemostasis Effects 0.000 description 1
- 238000010185 immunofluorescence analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003125 immunofluorescent labeling Methods 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229960004194 lidocaine Drugs 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000009589 pathological growth Effects 0.000 description 1
- 229940049954 penicillin Drugs 0.000 description 1
- 238000002135 phase contrast microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000000770 proinflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011555 rabbit model Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000008458 response to injury Effects 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000002660 stem cell treatment Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000002636 symptomatic treatment Methods 0.000 description 1
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 210000005048 vimentin Anatomy 0.000 description 1
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к биотехнологии и офтальмологии, и может быть использовано для получения лимбальных стволовых клеток в коллагеновом гидрогеле.The invention relates to biotechnology and ophthalmology, and can be used to obtain limbal stem cells in collagen hydrogel.
Роговица является главным компонентом оптических сред глаза и обладает на 4/5 преломляющей силой глаза. Эпителий роговицы является многослойным неороговевающим и находится в постоянном обновлении в физиологическом состоянии и при ответе на повреждение, это обеспечивается как лимбальными стволовыми клетками (ЛСК) роговичной части лимба в нише Вогта, так и мезенхимальным стволовыми клетками лимба. При повреждении ЛСК, нарушении их микроокружения (лимбальной ниши) под воздействием химических, механических, аутоиммунных и др. факторов развивается лимбальная недостаточность (ЛН). Это сопровождается неоваскуляризацией и потерей прозрачности роговицы, нарушением ее эпителиального слоя, патологическим разрастанием конъюнктивы и, как следствие, снижением остроты зрения (Deng S.X., Borderie V., Chan С.С., et al. Global consensus on definition, classification, diagnosis, and staging of limbal stem cell deficiency // Cornea. 2019. Vol.38, N 3. P. 364-375. doi: 10.1097/ICO.0000000000001820, Deng S.X., Kruse F., Gomes J.A.P., et al. Global consensus on the management of limbal stem cell deficiency. Cornea. 2020;39: 1291-1302, Ramachandran C., Basu S., Sangwan V.S., et al. Concise review: the coming of age of stem cell treatment for corneal surface damage // Stem Cells Transl Med. 2014. Vol.3, N 10. P. 1160-1168. doi: 10.5966/sctm.2014-0064). Лечение ЛН включает комплекс мероприятий, направленных на регенерацию эпителия и восстановление функции лимбальной ниши. На данный момент существуют как терапевтические, так и хирургические подходы для решения данной проблемы.The cornea is the main component of the optical media of the eye and has 4/5 of the refractive power of the eye. The corneal epithelium is multilayered, non-keratinizing and is in constant renewal in a physiological state and in response to damage, this is provided by both limbal stem cells (LSCs) of the corneal part of the limbus in the Vogt niche, and mesenchymal stem cells of the limbus. When LSC are damaged or their microenvironment (limbal niche) is disrupted under the influence of chemical, mechanical, autoimmune and other factors, limbal insufficiency (LI) develops. This is accompanied by neovascularization and loss of transparency of the cornea, disruption of its epithelial layer, pathological growth of the conjunctiva and, as a consequence, decreased visual acuity (Deng S.X., Borderie V., Chan S.S., et al. Global consensus on definition, classification, diagnosis, and staging of limbal stem cell deficiency // Cornea. 2019. Vol. 38, N 3. P. 364-375. doi: 10.1097/ICO.0000000000001820, Deng S.X., Kruse F., Gomes J.A.P., et al. Global consensus on the management of limbal stem cell deficiency. Cornea. 2020;39: 1291-1302, Ramachandran C., Basu S., Sangwan V.S., et al. Concise review: the coming of age of stem cell treatment for corneal surface damage // Stem Cells Transl Med. 2014. Vol. 3, N 10. P. 1160-1168. doi: 10.5966/sctm.2014-0064). Treatment of LN includes a set of measures aimed at regenerating the epithelium and restoring the function of the limbal niche. At the moment, there are both therapeutic and surgical approaches to solve this problem.
Консервативные методы подразумевают симптоматическое лечение с помощью различных препаратов (слезозаменители, противовоспалительные), лечебных контактных линз, а также дериватов аутокрови, которые содержат различные факторы роста, стимулирующие эпителизацию роговицы и активирующие провоспалительные цитокины. К недостаткам консервативного лечения следует отнести отсутствие таргетного воздействия на пораженную ткань и возможности обеспечить длительный терапевтический эффект. Кроме того, необходимость частых инсталляций приводит к снижению качества жизни пациента. В связи с этим современный акцент лечения ЛН смещается к хирургическим техникам, в том числе, включающим лимбальную трансплантацию и трансплантацию культивированных клеток.Conservative methods involve symptomatic treatment with the help of various drugs (tear substitutes, anti-inflammatory drugs), therapeutic contact lenses, as well as autologous blood derivatives, which contain various growth factors that stimulate corneal epithelization and activate pro-inflammatory cytokines. The disadvantages of conservative treatment include the lack of targeted effects on the affected tissue and the ability to provide a long-term therapeutic effect. In addition, the need for frequent installations leads to a decrease in the patient’s quality of life. In this regard, the current emphasis in the treatment of LN is shifting to surgical techniques, including limbal transplantation and cultured cell transplantation.
Известен способ получения трансплантата для лечения лимбальной недостаточности (патент на изобретение RU 2720470 от 30.04.2020), включающий механическую очистку донорской склеры, двукратную последовательную обработку перекисью водорода, гидроксидом аммония, вымачивание, заморозку, нагревание, фрагментирование, культивирование на их концентрированной клеточной суспензии мультипатентных мезенхимальных стволовых клеток и прогениторных клеток для использования при лечении ЛН.There is a known method for obtaining a transplant for the treatment of limbal insufficiency (invention patent RU 2720470 dated April 30, 2020), including mechanical cleaning of the donor sclera, double sequential treatment with hydrogen peroxide, ammonium hydroxide, soaking, freezing, heating, fragmentation, cultivation on their concentrated cell suspension of multipatent mesenchymal stem cells and progenitor cells for use in the treatment of LN.
Недостатком данного способа является то, что данный трансплантат является децеллюлированным фрагментом донорской аллогенной склеры, а донорская ткань сохраняет в своем составе часть антигенов и может вызывать реакцию организма реципиента на трансплантат.The disadvantage of this method is that this graft is a decellularized fragment of the donor allogeneic sclera, and the donor tissue retains some of the antigens and can cause a reaction of the recipient's body to the graft.
Известен способ получения лимбальных клеток для лечения лимбальной недостаточности с использованием тканеинженерной конструкции, состоящей из культивированных ЛСК, выращенных на фидерном слое из фибробластов, и децеллюлированной амниотической мембране (патент на изобретение CN 1635115 от 06.07.2005). Недостатком данного способа является относительная трудность при подготовке трансплантата. Кроме того, источниками для получения фибробластов и ЛСК являются фибробласты из стромы лимба новорожденных, свежий донорский глаз, контралатеральный здоровый глаз пациента или глаз родственников, при этом высок риск передачи инфекции при использовании амниотической мембраны.There is a known method for producing limbal cells for the treatment of limbal insufficiency using a tissue-engineered construct consisting of cultured LSCs grown on a feeder layer of fibroblasts and decellularized amniotic membrane (invention patent CN 1635115 dated 07/06/2005). The disadvantage of this method is the relative difficulty in preparing the graft. In addition, the sources for obtaining fibroblasts and LSCs are fibroblasts from the limbal stroma of newborns, a fresh donor eye, the contralateral healthy eye of the patient or the eyes of relatives, and there is a high risk of transmission of infection when using the amniotic membrane.
Известен способ получения трансплантата для лечения ЛН (Regeneration of corneal epithelium utilizing a collagen vitrigel membrane in rabbit models for corneal stromal wound and limbal stem cell deficiency. / J.J. Chae, W.M. Ambrose, F.A. Espinoza et al. // Acta Ophthalmologica. - 2015; 93(l):e57-e66). с использованием коллагена Vitrigel, который содержит низкую концентрацию коллагена - 0.5% - в качестве носителя для культивирования ЛСК при лечении предварительно созданной тотальной ЛН, вызванной химическим ожогом.There is a known method for obtaining a graft for the treatment of LN (Regeneration of corneal epithelium utilizing a collagen vitrigel membrane in rabbit models for corneal stromal wound and limbal stem cell deficiency. / J.J. Chae, W.M. Ambrose, F.A. Espinoza et al. // Acta Ophthalmologica. - 2015; 93(l):e57-e66). using Vitrigel collagen, which contains a low concentration of collagen - 0.5% - as a carrier for culturing LSCs in the treatment of pre-created total LN caused by a chemical burn.
Недостатком данного способа является то, что вследствие низкой концентрация коллагена носитель обладает неудовлетворительными биомеханическими свойствами, что приводит к возникновению затруднений во время операции при выполнении хирургических манипуляций. В связи с этим для фиксации, использовали шовное подшивание к склере и дополнительный фибриновый клей, что является коммерческим малодоступным материалом и обладает невысокой адгезионно-когезионной прочностью и относительно низкими механическими свойствами.The disadvantage of this method is that, due to the low concentration of collagen, the carrier has unsatisfactory biomechanical properties, which leads to difficulties during surgery when performing surgical manipulations. In this regard, for fixation, sutures to the sclera and additional fibrin glue were used, which is a commercial, inaccessible material and has low adhesive-cohesive strength and relatively low mechanical properties.
Ближайшим аналогом предлагаемого способа является способ того же назначения с культивированием ЛСК на основе коллагенового носителя (Безушко А.В., Дубовиков А.С., Куликов А.Н., Чурашов С.В., Черныш В.Ф., Блинова М.И., Александрова О.И., Хорольская Ю.И., Гаврилюк И.О., Карпович В.В., Даниличев В.Ф. Применение коллагенового скаффолда и амниотической мембраны с культивируемыми стволовыми клетками лимба для устранения лимбальной недостаточности: экспериментальное исследование. // Тихоокеанский медицинский журнал. - 2019. - No 2. С. 54-57). Недостатком данного способа является использование желатина, изготовленного из коллагена I типа с низкой концентрацией (2 мг/мл), который быстро биодеградирует и не способен длительно поддерживать оптимальную среду для культивированных ЛСК. Кроме того, из-за высокого содержания воды данный носитель обладает более низкими биомеханическими свойствами.The closest analogue of the proposed method is a method of the same purpose with the cultivation of LSCs based on a collagen carrier (Bezushko A.V., Dubovikov A.S., Kulikov A.N., Churashov S.V., Chernysh V.F., Blinova M. I., Aleksandrova O.I., Khorolskaya Yu.I., Gavrilyuk I.O., Karpovich V.V., Danilichev V.F. Application of a collagen scaffold and amniotic membrane with cultured limbal stem cells to eliminate limbal insufficiency: an experimental study . // Pacific Medical Journal. - 2019. - No. 2. P. 54-57). The disadvantage of this method is the use of gelatin made from type I collagen with a low concentration (2 mg/ml), which quickly biodegrades and is not able to maintain an optimal environment for cultured LSCs for a long time. In addition, due to the high water content, this carrier has lower biomechanical properties.
Задачей изобретения является дальнейшая разработка способов получения ЛСК на основе коллагенового гидрогели.The objective of the invention is to further develop methods for obtaining LSCs based on collagen hydrogels.
Техническим результатом предлагаемого способа является получение культивированных клеток с максимально сохранными характеристиками и пролонгированной биодеградаций.The technical result of the proposed method is the production of cultured cells with the most preserved characteristics and prolonged biodegradation.
Технический результат достигается за счет получения лимбальных клеток двухэтапным ферментированием с диспазой и трипсином и культивированием на биополимерном носителе на основе коллагена I типа Viscoll РА 8. Из-за особенности строения лимба с погруженной вглубь лимбальной нишей во время забора биоптат лимбальной ткани выделяют с участком склеры, из стромы лимбальной ткани далее при культивировании выделяются мезенхимальные стволовые клетки лимба, которые регулируют функции ЛСК и будут поддерживать клеточный гомеостаз в лимбе после трансплантации при лечении лимбальной недостаточности.The technical result is achieved by obtaining limbal cells by two-stage fermentation with dispase and trypsin and cultivation on a biopolymer carrier based on type I collagen Viscoll RA 8. Due to the peculiarity of the structure of the limbus with a limbal niche immersed deep during collection, a biopsy of the limbal tissue is isolated with a section of the sclera, From the stroma of the limbal tissue, limbal mesenchymal stem cells are then isolated during cultivation, which regulate the functions of LSCs and will maintain cellular homeostasis in the limbus after transplantation in the treatment of limbal insufficiency.
Двойное ферментирование позволяет быстро получать большой объем клеточной массы: на первом этапе при помощи диспазы весь эпителий отделяется от стромы по линии базальной мембраны. При втором ферментировании с помощью трипсина происходит разделение ткани на отдельные клетки в суспензии.Double fermentation allows you to quickly obtain a large volume of cell mass: in the first stage, with the help of dispase, the entire epithelium is separated from the stroma along the basement membrane. The second fermentation uses trypsin to separate the tissue into individual cells in suspension.
Гидрогель с повышенной концентрацией нативного, химически не модифицированного коллагена Viscoll РА 8 (http://imtek.ru/catalog/products/cell-culture/viscoll/Viscoll_Kit_for_3D_bioprinting_and_cell_culture/) позволяет воспроизвести архитектуру, близкую к естественной нише лимбальных стволовых клеток. Клетки при этом находятся не на поверхности, а распределены в структуре гидрогеля.A hydrogel with an increased concentration of native, chemically unmodified collagen Viscoll PA 8 (http://imtek.ru/catalog/products/cell-culture/viscoll/Viscoll_Kit_for_3D_bioprinting_and_cell_culture/) allows one to reproduce an architecture close to the natural niche of limbal stem cells. In this case, the cells are not on the surface, but are distributed in the structure of the hydrogel.
Совокупность приемов позволяет получить ЛК с максимальным выходом, выживаемостью и сохранением свойств культивированных клеток. Предложенным способом были получены лимбальные клетки в составе гидрогеля на 5 кроликах-самцах породы «шиншилла» с исходной массой тела 2,5-3,0 кг.The combination of techniques makes it possible to obtain LC with maximum yield, survival, and preservation of the properties of cultured cells. Using the proposed method, limbal cells in a hydrogel were obtained from 5 male chinchilla rabbits with an initial body weight of 2.5-3.0 kg.
Для оценки характеристик культивированных клеток, в том числе жизнеспособности, пролиферативной активности и фенотипа клеток, проводили окраску витальными красителями (Calcein AM и Heoest) и иммунофлюоресцентный анализ. На всех этапах культивирования оценивали морфологию клеток, для наблюдений использовали фазово-контрастную микроскопию.Staining with vital dyes (Calcein AM and Heoest) and immunofluorescence analysis were performed to assess the characteristics of cultured cells, including viability, proliferative activity and cell phenotype. At all stages of cultivation, the morphology of cells was assessed; phase-contrast microscopy was used for observations.
На 1-й день клетки начали адгезировать ко дну чашки Петри. На 10 сутки культивирования образовывали неплотный монослой, а к 14 суткам - плотный субконфлуентный слой. На 14 сутки культивированные клетки были сняты с поверхности культурального флакона, и после подсчета было выявлено, что в культуре к этому моменту уже 0.5×106 клеток на 1 мл.On the 1st day, the cells began to adhere to the bottom of the Petri dish. On the 10th day of cultivation, a loose monolayer was formed, and by the 14th day, a dense subconfluent layer was formed. On the 14th day, the cultured cells were removed from the surface of the culture flask, and after counting, it was revealed that by this time the culture already had 0.5 × 10 6 cells per 1 ml.
По результатам витального окрашивания Calcein-AM было показано, что выживаемость клеток на мембране являлась высокой и составляла 92,0±2,6%. Иммунофлуоресцентное окрашивание показало, что в культуре наблюдалась высокая концентрация пролиферирующих клеток, положительно окрашивающихся на белок Ki67. При оценке фенотипа полученных клеточных культур было выявлено, что большинство клеток окрашивалось на K3/12 или Vimentin. Около 20% клеток были положительными по маркеру Р63 и формировали характерные круглые колонии, что свидетельствовало о наличии в клетках, полученных из биоптата, популяции ЛСК. Иммунофлуоресцентный фенотип клеток также оставался сохранным при культивировании в составе гидрогелевой коллагеновой конструкции. Кроме того, была выявлена относительно высокая пролиферативность культивированных клеток. Полученные предложенным способом лимбалные клетки в составе коллагенового гидрогеля, можно использовать с целью лечения ЛН, а также в качестве источника ЛСК для восстановления любых дефектов эпителия роговицы путем трансплантации в зону повреждения.According to the results of vital staining with Calcein-AM, it was shown that the survival of cells on the membrane was high and amounted to 92.0±2.6%. Immunofluorescent staining showed that the culture contained a high concentration of proliferating cells staining positively for the Ki67 protein. When assessing the phenotype of the resulting cell cultures, it was revealed that most cells were stained with K3/12 or Vimentin. About 20% of the cells were positive for the P63 marker and formed characteristic round colonies, which indicated the presence of a population of LSCs in the cells obtained from the biopsy specimen. The immunofluorescent phenotype of the cells also remained intact when cultured in a hydrogel collagen construct. In addition, a relatively high proliferation of cultured cells was revealed. The limbal cells obtained by the proposed method in the composition of a collagen hydrogel can be used for the treatment of LN, as well as as a source of LSC for the restoration of any defects in the corneal epithelium by transplantation into the damaged area.
Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.
Биоптат лимбальной ткани выделяют с участком склеры, ферментируют с помощью 2% раствора диспазы при 37°С в течение 1 часа. Фрагментируют и ферментируют повторно с помощью 0,25% раствора трипсина в EDTA при 37°С в течение 20 мин. Полученную клеточную суспензию культивируют в условиях 5% СО2 при 37°С в течение 14 суток. 1 мл суспензии, содержащей 0.5×106 клеток, помещают в смесь, состоящую из 1 мл раствора коллагена Viscoll РА 8, 1 мл нейтрализующего буферного раствора, затем ресуспендируют. Образовавшийся гидрогель с клетками в его составе культивируют в условиях 5% СО2 при 37°С в течение 7 суток.A limbal tissue biopsy is isolated with a section of the sclera and fermented with a 2% dispase solution at 37°C for 1 hour. Fragment and ferment again using 0.25% trypsin in EDTA at 37°C for 20 minutes. The resulting cell suspension is cultured under conditions of 5% CO 2 at 37°C for 14 days. 1 ml of suspension containing 0.5×10 6 cells is placed in a mixture consisting of 1 ml of Viscoll PA 8 collagen solution, 1 ml of neutralizing buffer solution, then resuspended. The resulting hydrogel with cells in its composition is cultured under conditions of 5% CO 2 at 37°C for 7 days.
Пример.Example.
Кролику-самцу породы шиншилла №1, массой 3,5 кг, оперировали левый глаз. Выполнили субконъюнктивальную анестезию 2% лидокаином - 0.5 мл. Произвелили разрез вдоль лимба протяженностью 2 часа. Конъюнктиву и тенноновую оболочку отсепаровали, провели гемостаз. Фрагмент ткани размером 2×4 мм вырезали с помощью остроконечного офтальмологического лезвия, отступая 1 мм со стороны роговицы и конъюнктивы в глубину 200 мкм. Операцию заканчивали наложением двух узловых швов и инъекцией 0,3 мл 0,4% дексаметазона.A male chinchilla rabbit No. 1, weighing 3.5 kg, had his left eye operated on. Subconjunctival anesthesia was performed with 2% lidocaine - 0.5 ml. An incision was made along the limbus for 2 hours. The conjunctiva and Tennon's membrane were separated and hemostasis was performed. A tissue fragment measuring 2 × 4 mm was cut out using a sharp-pointed ophthalmic blade, retreating 1 mm from the side of the cornea and conjunctiva to a depth of 200 μm. The operation was completed with the application of two interrupted sutures and the injection of 0.3 ml of 0.4% dexamethasone.
Удаленную ткань, как это принято, промыли раствором Хенкса, содержащим антибиотики (гентамицин 0,16 мг/мл и стрептомицин 1 мг/мл) и амфотерицин В (5 мг/мл). Затем биоптат поместили в 2% раствор диспазы в DMEM и ферментировали в течение 1 ч при 37°С. Затем осуществляли фрагментацию и промывали раствором EDTA с последующим вторичным ферментированием раствором 0,25% трипсина в EDTA в течение 20 мин. при 37°С. Трипсин инактивировали средой DMEM/F12, содержащей сыворотку (10% FBS-Fetal Bovine Serum (эмбриональная телячья сыворотка)), после чего пипетировали фрагменты лимба с последующим центрифугированием при 400 g (об./мин) в течение 6 мин. Супернатант сливали, остаток с нерастворившимися кусочками лимба и отдельными клеточными конгломератами ресуспендировали, как это принято, в питательной среде DMEM/F12 с добавлением 10% эмбриональной телячьей сыворотки, 2 мМ глутамина, 10 нг/мл rEGF, 5 мл готового реагента Insulin-Transferrin-Selenium, 10000 U/mL пенициллина/стрептомицина. Клетки культивировали в условиях 5% CO2 при 37°С в течение 14 суток. Среду меняли каждые два дня. Клетки подсчитывали на автоматическом счетчике клеток ТС20. На 14 сутки культивированные клетки были сняты с поверхности культурального флакона. 1 мл раствор коллагена (Viscoll РА 8) тщательно перемешивали с 1 мл нейтрализующего буферного раствора (Tris 80 мМ, Н Fne 220 мкг/мл, DMEM) и в полученную смесь добавляли 1 мл суспензии клеток с концентрацией 0.5×106 клеток на 1 мл, конечную смесь перемешивали до гомогенного состояния. Затем переливали по 2 мл на стерильную чашку Петри d=90 мм, дополнительно сдавливая стерильной чашкой Петри d=35 мм легкими движениями для выравнивания толщины диска гидрогеля. После формирования дисков из гидрогеля с ЛСК добавляли в чашки 10-15 мл питательной среды и дополнительно культивировали в течение 7 суток. Полученные ЛСК в составе гидрогеля исследовали для оценки их характеристик.The removed tissue was washed, as is customary, with Hanks' solution containing antibiotics (gentamicin 0.16 mg/ml and streptomycin 1 mg/ml) and amphotericin B (5 mg/ml). The biopsy was then placed in a 2% dispase solution in DMEM and fermented for 1 hour at 37°C. Fragmentation was then carried out and washed with EDTA solution, followed by secondary fermentation with a solution of 0.25% trypsin in EDTA for 20 minutes. at 37°C. Trypsin was inactivated with DMEM/F12 medium containing serum (10% FBS-Fetal Bovine Serum), after which limbal fragments were pipetted, followed by centrifugation at 400 g (rpm) for 6 min. The supernatant was discarded, the residue with undissolved pieces of the limbus and individual cell conglomerates was resuspended, as is customary, in the DMEM/F12 nutrient medium with the addition of 10% fetal calf serum, 2 mM glutamine, 10 ng/ml rEGF, 5 ml of the ready-made reagent Insulin-Transferrin- Selenium, 10000 U/mL penicillin/streptomycin. Cells were cultured under 5% CO2 at 37°C for 14 days. The medium was changed every two days. Cells were counted using a TC20 automatic cell counter. On day 14, the cultured cells were removed from the surface of the culture flask. 1 ml of collagen solution (Viscoll PA 8) was thoroughly mixed with 1 ml of neutralizing buffer solution (Tris 80 mM, H Fne 220 μg/ml, DMEM) and 1 ml of cell suspension with a concentration of 0.5×10 6 cells per 1 ml was added to the resulting mixture , the final mixture was stirred until homogeneous. Then 2 ml were poured onto a sterile Petri dish d=90 mm, additionally squeezing with a sterile Petri dish d=35 mm with light movements to even out the thickness of the hydrogel disk. After the formation of disks from the hydrogel with LSC, 10-15 ml of nutrient medium was added to the dishes and further cultivated for 7 days. The obtained LSCs in the hydrogel composition were studied to evaluate their characteristics.
Таким образом, предложенный способ позволяет получать ЛСК с сохранными свойствами, что создает предпосылки для их использования в лечении лимбальной недостаточности.Thus, the proposed method makes it possible to obtain LSCs with preserved properties, which creates prerequisites for their use in the treatment of limbal insufficiency.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809076C1 true RU2809076C1 (en) | 2023-12-06 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006103685A2 (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-05 | Vision Research Foundation | A method for cultivating cells derived from corneal limbal tissue and cells deived from corneal limbal tissue |
| RU2720470C1 (en) * | 2018-11-22 | 2020-04-30 | Федеральное государственное автономное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГАУ "НМИЦ "МНТК "Микрохирургия глаза" им. акад. С.Н. | Method of producing transplant for treating limbal insufficiency |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006103685A2 (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-05 | Vision Research Foundation | A method for cultivating cells derived from corneal limbal tissue and cells deived from corneal limbal tissue |
| RU2720470C1 (en) * | 2018-11-22 | 2020-04-30 | Федеральное государственное автономное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГАУ "НМИЦ "МНТК "Микрохирургия глаза" им. акад. С.Н. | Method of producing transplant for treating limbal insufficiency |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HAAGDORENS, MICHEL et al. "In Vitro Cultivation of Limbal Epithelial Stem Cells on Surface-Modified Crosslinked Collagen Scaffolds." Stem cells international vol. 2019 7867613. 1 Apr. 2019. * |
| Я. ЮЙ и др. Алгоритм выделения лимбальных стволовых клеток из биоптата у экспериментальных животных. Российский общенациональный офтальмологический форум. - 2022. - Т. 2. - С. 462-465. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Peh et al. | Human corneal endothelial cell expansion for corneal endothelium transplantation: an overview | |
| EP1675944B1 (en) | Human corneal endothelial cells and methods of obtaining and culturing cells for corneal cell transplantation | |
| Hayashida et al. | Ocular surface reconstruction using autologous rabbit oral mucosal epithelial sheets fabricated ex vivo on a temperature-responsive culture surface | |
| Koizumi et al. | Cultivation of corneal epithelial cells on intact and denuded human amniotic membrane | |
| CA2542041C (en) | Methods and compositions for growing corneal endothelial and related cells on biopolymers and creation of artifical corneal transplants | |
| US8338175B2 (en) | Conjunctival tissue system | |
| Murakami et al. | Fabrication of transplantable human oral mucosal epithelial cell sheets using temperature-responsive culture inserts without feeder layer cells | |
| CN101306207B (en) | Tissue engineered cornea epithelial transplantation membrane and preparation method and use thereof | |
| Insler et al. | Heterologous transplantation versus enhancement of human corneal endothelium | |
| Shortt et al. | Ex vivo cultured limbal epithelial transplantation. A clinical perspective | |
| JPWO2014104366A1 (en) | Human corneal endothelial cell sheet | |
| EP1451302B1 (en) | In vitro reconstituted sheets of human corneal epithelium and method of producing the same | |
| Insler et al. | Transplantation of cultured human neonatal corneal endothelium | |
| Parekh et al. | Reconstruction and regeneration of corneal endothelium: a review on current methods and future aspects | |
| RU2809076C1 (en) | Method of obtaining limbal stem cells in collagen hydrogel | |
| KR20070008590A (en) | Corneal epithelial sheet, preparation method thereof, and transplantation method using the same | |
| JP2020108393A (en) | Method for culturing limbal stem cells by using amniotic membrane slide scaffold | |
| ES2353990B1 (en) | ELABORATION OF ARTIFICIAL FABRICS THROUGH TISULAR ENGINEERING USING FIBRINE AND AGAROSE BIOMATERIALS. | |
| Lako | Successful Application of Ex Vivo Expanded Human Autologous Oral Mucosal Epithelium for the Treatment of Total Bilateral Limbal Stem Cell Deficiency | |
| KR20230124246A (en) | Method of endotheliocyte isolation and culture in cornea | |
| Huang | Corneal tissue engineering | |
| AHN et al. | Reconstruction of rabbit corneal layer composed of corneal fibroblasts and corneal epithelium on the lyophilized amniotic membrane | |
| Kinoshita et al. | Corneal cells for regeneration |