Многочисленные исследования показали, что МСК способны подавлять воспаление и деструкцию сустава при ревматоидном артрите (РА), благодаря своим иммуномодулирующим свойствам. Чтобы повысить терапевтическую эффективность МСК были предложены стратегии, повышающие иммуномодулирующий потенциал МСК при РА, который включает также прекондиционирование цитокинами. Однако терапевтический потенциал цитокин-прекондиционированных МСК пуповинной крови человека и их экзосом еще не был изучен на модели мышей с коллаген-индуцированным артритом. Идея проекта заключается в том, чтобы повысить терапевтическую эффективность МСК при РА за счет их прекондиционирования провоспалительными цитокинами, такие как TNF-α, IFN-γ, IL-1β и IL-17A. Кроме этого, впервые планируется изучить иммуномодулирующие эффекты экзосом цитокин-прекондиционированных МСК при развитии РА. Полученные результаты исследования могут дать новые сведения о терапевтической эффективности применения экзосом и цитокин-прекондиционированных МСК при РА.

Актуальность

Ревматоидный артрит (РА) — это хроническое аутоиммунное заболевание неизвестной этиологии, которое в первую очередь повреждает суставы и кости. При развитии РА, клетки иммунной системы атакуют синовиальную оболочку, вызывая воспалительные процессы и разрушение хрящевой и костной ткани, а также повреждение других внутренних органов. Последние достижения в фармакологической терапии РА привели к значительному улучшению клинических симптомов у пациентов. Однако при длительной лекарственной терапии, у 15-40% пациентов с РА появляется резистентность к данным препаратам и повышается частота возникновения побочных эффектов, которые пагубно влияют на здоровье пациентов. В связи с этим существует потребность в поиске новых методов лечения, которые восстановят баланс между воспалительной и регуляторной функциями иммунной системы. Одним из таких альтернативных подходов является клеточная терапия на основе мезенхимальных стволовых клеток (МСК). МСК представляют собой популяцию мультипотентных клеток, которые могут быть выделены практически из всех тканей и органов человека, такие как костный мозг, жировая ткань, синовиальная оболочка, пуповинная кровь и т.д. МСК привлекли внимание ученых и клиницистов из-за их мощных иммуносупрессивных свойств подавлять активность провоспалительных клеток как врожденного, так и приобретенного иммунной системы. Было показано, что МСК способны подавлять активацию дендритных клеток, провоспалительных М1-подобных макрофагов, нейтрофилов, натуральных киллеров, Т и В-клеток, индуцируя генерацию иммунных клеток с противовоспалительными фенотипами [17].

Новизна исследования будет заключаться в том, что для повышения терапевтического потенциала МСК будет использована стратегия прекондиционирования МСК с помощью провоспалительных цитокинов для значительного усиления их иммуномодулирующих и иммуносупрессивных свойств. Мы считаем, что данный проект будет иметь большую научно-практическую значимость не только в национальном, но и в международном масштабе. Поскольку, полученные результаты исследования могут дать новые сведения о терапевтической эффективности применения цитокин-прекондиционированных МСК и экзосом при РА. С практической точки зрения, результаты работы могут служить основой для применения нового клеточно-терапевтического подхода для лечения РА с помощью прекондиционированных МСК и(или) экзосом.

Цель

Изучить терапевтические эффекты системного применения цитокин-прекондиционированных МСК пуповинной крови человека и их экзосом на модели мышей с коллаген-индуцированным артритом (КИА).

Ожидаемые результаты

Основным результатом данного проекта будет разработка нового терапевтического подхода для лечения ревматоидного артрита с помощью системного применения цитокин-прекондиционированных МСК пуповинной крови человека. Кроме того, будет изучена  терапевтическая эффективность системного применения экзосом, полученных от цитокин-прекондиционированных МСК пуповинной крови человека при  развитии ревматоидного артрита. Успешное выполнение проекта позволит в перспективе не только повысить эффективность подавления воспалительных процессов и деструкции суставов с помощью прекондиционированных МСК и/или экзосом, но и заложит методические основы применения клеточной терапии для лечения ревматоидного артрита в Казахстане. Ожидается, что в будущем полученные результаты будут иметь высокий социально-экономический эффект связанный с  повышением уровня оказываемых медицинских услуг, улучшением качества жизни пациентов, снижением затрат на лечение и уход пациентов с ревматоидным артритом. Целевыми потребителями результатов проекта будут специализированные больницы и научные медицинские центры, нуждающихся в терапии ревматоидного артрита, в первую очередь отделения ревматологии.

Руководитель проекта

Огай Вячеслав Борисович, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией стволовых клеток Национального центра биотехнологии. H-index = 13; Scopus ID — 14827061500; ORCID ID — 0000-0001-5029-5255.

Ескендирова Сауле Зиядиновна, кандидат ветеринарных наук, ведущий научный сотрудник НЦБ. Специалист в области иммунохимии и иммунобиотехнологии. H-index = 3; Scopus ID –55438123400.

Сәрсенова Мәдина Арыстанқызы, магистр наук, H-index = 1; ORCID ID — 0000-0000-3268-22232.

Секенова Алия Ержановна, магистр биологии, научный сотрудник НЦБ.  Scopus ID – 57218821100.

Ли Елена Александровна, магистр естественных наук, младший научный сотрудник НЦБ. Scopus ID – 57218822086.

Публикации и охранные документы по теме проекта

1. Ogay V, Kumasheva V, Li Y, Mukhlis S, Sekenova A, Olzhayev F, Tsoy A, Umbayev B, Askarova S, Shpekov A, Kaliyev A, Zhetpisbayev B, Makhambetov Y, Akshulakov S, Saparov, Ramankulov Y. Improvement of neurological function in rats with ischemic stroke by adipose-derived pericytes. Cell Transplantation, 2020, Vol. 29:1-12. DOI: 1177/0963689720956956 (H index = 96, Q1)
2. Saparov A, Ogay V, Nurgozhin T, Chen WC, Mansurov N, Issabekova A, Zhakupova J. Role of the immune system in cardiac tissue damage and repair following myocardial infarction. Inflammation Research, 2017, DOI: 1007/s00011-017-1060-4 (H index = 86, Q1)
3. Saparov A, Ogay V, Nurgozhin T, Jumabay M, Chen CW. Preconditioning of human mesenchymal stem cells to enhance their regulation of the immune response. Stem Cells International, 2016, 2016: 3924858. DOI: 1155/2016/3924858 (H index = 55, Q2)
4. Momynaliev KT, Ogay VB, Khoroshun EV, Babenko NN, Kaabak Cell technologies in renal transplantation. Nephrology and Dialysis. 2014; Vol.16(4): 439-452.
5. Ogay V, Soh K.S. Identification and characterization of small stem-like cells in the primo-vascular system of adult animals // The Primo Vascular System: Its Role in Cancer and Regeneration, Chapter III, 1st Edition. Soh K-S, Kang K.A., Harrison D.K. (Eds.), Springer, 2012, pp. 149-155. DOI: 10.1007/978-1-4614-0601-3.
6. Sekenova A, Rakhymzhanova AK, Li EA, Ogay VB. Generation of three-dimensional spheroids from mouse mesenchymal stem cells. Eurasia. J. Appl. Biotechnol. 2019, №2:41–50. DOI: 10.11134/btp.2.2019.4
7. Sekenova A, Ogay V. Role of mesenchymal stem cells in the regulation of immune response. Bull Gumilyov Eurasian Natl Univ. Biosci Ser. 2018, № 2(123):69–
8. Barshevskaya L, Sotnikov D, Zherdev A, Khassenov B, Baltin K, Eskendirova S, Mukanov K, Mukantayev K, Dzantiev B. Triple immunochromatographic system for simultaneous serodiagnosis of bovine brucellosis, tuberculosis and leukemia. Biosensors (Basel). 2019; 9(4):115. DOI: 10.3390/bios9040115.
9. Sarina N, Abeldenov S, Zhylkibaev A, Ramankulov E, Eskendirova S. Obtaining and characterization of monoclonal antibodies against recombinant extracellular domain of human epidermal growth factor receptor 2. Hum Antibodies. 2018; 26(2):103-111. DOI: 10.3233/HAB-170327.
10. Sotnikov DV, Byzova NA, Zherdev AV,Eskendirova SZ, Baltin KK, Mukanov KK, Ramankulov EM, Sadykhov EG, Dzantiev BB. Express immunochromatographic detection of antibodies against Brucella abortus in cattle sera based on quantitative photometric registration and modulated cut-off level. J Immunoassay Immunochem. 2015;36(1):80-90. DOI: 1080/15321819.2014.896266
11. Sekenova A, Rakhymzhanova AK, Li EA, Ogay VB. Generation of three-dimensional spheroids from mouse mesenchymal stem cells. Eurasia. J. Appl. Biotechnol. 2019, №2:41–50. DOI: 10.11134/btp.2.2019.4
12. Sekenova A, Ogay V. Role of mesenchymal stem cells in the regulation of immune response. Bull Gumilyov Eurasian Natl Univ. Biosci Ser. 2018, № 2(123):69–
13. Sarsenova M, Nurakhmetov AN, Karzhauov M, Tazhin KB, Ospanov KT, Zhamikesheva A., Ramankulov E.M., Ogay V.B. The use of heparin-conjugated fibrin hydrogel containing periosteum derived stem cells and osteoinductive factor to promote regeneration of massive bone defects. Traumatology and Orthopedics 2018; 1-2(43-44):74-81.
14. Akilbekova D, Ogay V, Yakupov T, Sarsenova M, Umbayev B, Nurakhmetov A, Tazhin K, Yakovlev VV, Utegulov ZN. Brillouin spectroscopy and radiography for assessment of viscoelastic and regenerative properties of mammalian bones. J Biomed Opt. 2018, 23(9):1-11. DOI: 1117/1.JBO.23.9.097004
15. B. Ogay, Sh.E. Baidosova, Y.A. Li, T.T. Kerimbaev, V.G. Aleynikov, N.T. Aldiyarova, S.K. Akshulakov. Effect of brain-derived neurotrophic factor and chondroitinase ABC on the functional activity of rat mesenchymal stem cells and motor neurons. J Neurosur Neurol Kazakhstan. 2017; 1(46):3-9.
16. Sarsenova M., Kaliev Ye., Ogay V. Chondrogenesis of synovium-derived mesenchymal stem cells in heparin conjugated fibrin hydrogel containing TGF-β and BMP4. J Tissue Sci Eng. 2016 ; 7:2 (Suppl):173. DOI:4172/2157-7552.C1.025
17. Sekenova A., Kumasheva V., Li Ye, Baidosova S, Ogay V. The effect of hypoxia on erythroid differentiation of human induced pluripotent stem cells. J Tissue Sci Eng. 2016; 7:2(Suppl):172. DOI: 10.4172/2157-7552.C1.025

Достигнутые результаты

2021 г. Были получены и охарактеризованы три первичные культуры МСК пуповинной крови человека. Все полученные МСК экспрессировали СD44, СD73, CD90, CD105 и обладали способностью дифференцироваться в адипоциты, хондроциты и остеобласты. Впервые обнаружено, что оптимальными условиями для прекондициионирования МСК пуповинной крови является комбинированная обработка МСК провоспалительными цитокинами TNF-α (10 нг/мл) и IL-17A (50 нг/мл) в течение 48 часов. По сравнению с необработанными МСК, прекондиционированные МСК значительно секретировали антивоспалительные и иммуномодулирующие цитокины и молекулы, а также более эффективно подавляли функциональную активность стимулированных макрофагов и Т-лимфоцитов человека.

2022 г.

На данный момент проводятся in vivo исследования по изучению эффективности применения цитокин-прекондиционированных МСК пуповинной крови человека на модели коллаген-индуцированного артрита у мышей.

Публикации и охранные документы

2021 г.

Sarsenova, M., Issabekova, A., Abisheva, S., Rutskaya-Moroshan, K., Ogay, V., & Saparov, A. (2021). Mesenchymal Stem Cell-Based Therapy for Rheumatoid Arthritis. International journal of molecular sciences, 22(21), 11592. https://doi.org/10.3390/ijms222111592