научная статья по теме ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИБРОБЛАСТОВ ЧЕЛОВЕКА, ВЫРАЩЕННЫХ НА МИКРОНОСИТЕЛЯХ, ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКВИВАЛЕНТА СОЕДИНИТЕЛЬНОИ ТКАНИ Биология

Текст научной статьи на тему «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИБРОБЛАСТОВ ЧЕЛОВЕКА, ВЫРАЩЕННЫХ НА МИКРОНОСИТЕЛЯХ, ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКВИВАЛЕНТА СОЕДИНИТЕЛЬНОИ ТКАНИ»

ОНТОГЕНЕЗ, 2004, том 35, № 2, с. 105-109

КЛЕТОЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА И ПРОЛИФЕРАЦИЯ

УДК 576.31.7.611-018.1

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИБРОБЛАСТОВ ЧЕЛОВЕКА, ВЫРАЩЕННЫХ НА МИКРОНОСИТЕЛЯХ, ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКВИВАЛЕНТА

__V __1

СОЕДИНИТЕЛЬНОМ ТКАНИ1

© 2004 г. О. С. Роговая, А. В. Васильев, И. В. Киселев, В. В. Терских

Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова 119991 Москва, ГПС-1, ул. Вавилова, д. 26 Поступила в редакцию 19.12.02 г. Окончательный вариант получен 19.09.03 г.

Для реконструкции дефектов органов и тканей широко используют живые эквиваленты тканей, в частности, созданные на основе фибробластов и коллагенового геля. Для применения в клинике удобнее использовать фибробласты, выращенные на микроносителях, или такой эквивалент соединительной ткани, когда фибробласты на микроносителях заключены в коллагеновый гель. Задача настоящего исследования - изучение свойств эквивалента соединительной ткани, образованного путем заключения в коллагеновый гель фибробластов, выращенных на микроносителях, с тем, чтобы в дальнейшем его можно было использовать в клинике. По результатам наших исследований, оптимальные сроки использования живого эквивалента ткани составляют 3-4 сут после заключения в гель фибробластов на микроносителях. В это время только начинается контракция, что облегчает манипуляции с гелем.

Ключевые слова: фибробласты, микроносители, коллагеновый гель, живой эквивалент ткани.

Живые эквиваленты тканей широко используют для реконструкции дефектов органов и тканей. В качестве биоматрикса в живых тканевых эквивалентах чаще всего используют коллагеновый гель, который представляет собой наиболее физиологичный субстрат, позволяющий моделировать гистотипический рост фибробластов. Фибробласты контрактируют коллагеновый гель и создают структуру, похожую на соединительную ткань, получившую название "живой эквивалент дермы" (Bell et al., 1979). Позднее Белл и соавторы (Bell et al., 1981) создали живой эквивалент кожи, его основой является коллагеновый гель, заселенный фибробластами, на поверхности которого выращены кератиноциты. Такой эквивалент кожи был успешно использован для закрытия ран у крыс, а затем применен в клинической практике (Bell, Rosenberg, 1990).

Культуры фибробластов человека были использованы для лечения ожогов (Саркиеов и др., 1994), гранулирующих ран и язв (Хрупкин и др., 1998) и урогенитальных свищей (Девятов и др., 1997).

Обычно коллагеновый гель засевают суспензией фибробластов, но возможно также использование фибробластов, выращенных на микроносителях (ФМН). В таком виде фибробласты мож-

1 Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проект < 01-04-48312а).

но легко транспортировать и сохранять в криобанках.

Поведение фибробластов человека, заключенных в коллагеновый гель, достаточно хорошо изучено (Руднева и др., 1990). Задача настоящей работы - исследование свойств эквивалента соединительной ткани, образованного путем заключения в коллагеновый гель ФМН.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Выделение коллагена. Коллаген I типа получали из сухожилий хвостов лабораторных крыс весом 200 г. Ампутированные хвосты погружали в 70%-ный этанол на 1-2 ч. Все дальнейшие операции проводили в стерильных условиях. С помощью пинцета и ножниц отделяли сухожилия и помещали их в 0.001%-ный раствор уксусной кислоты. Для приготовления 1 л раствора коллагена использовали сухожилия из 10 хвостов.

Экстракцию коллагена проводили при +4°С в течение 48 ч, после чего раствор центрифугировали при 2500 об/мин (2 ч, +4°С). Затем суперна-тант сливали в стерильную посуду и хранили при +4°С. Массовую долю коллагена в полученном растворе определяли при помощи высушивания до постоянного веса.

Приготовление коллагенового геля. Стерильный 0.34 М раствор КаОИ соединяли с концентрированной (х10) питательной средой 199 в соотно-

Рис. 1. Микроносители и фибробласты в коллагено-

вом геле. Увел.: об. х 4, ок. х 10.

шении 1 : 2 и на каждые 100 мл смеси добавляли 100 мг глутамина, 10% эмбриональной телячьей сыворотки ("Биолот", Санкт-Петербург) и 9 мл 7.5%-ного раствора бикарбоната натрия. Полученную смесь соединяли с охлажденным раствором коллагена в уксусной кислоте в соотношении 1 : 4, после чего помещали на лед для предотвращения быстрой желатинизации. На этом этапе в смесь вносили суспензию фибробластов или ФМН и разливали в чашки Петри ("Nunc", Дания) диаметром 35 мм с неадгезивной поверхностью.

Подготовка микроносителей. Сухие микроносители цитопол ("Биолот", Санкт-Петербург) диаметром 200-300 мкм промывали три раза раствором Хэнкса, заливали средой Игла и оставляли на 2-3 сут для набухания. Подготовленные таким образом микроносители стерилизовали авто-клавированием и хранили в среде Игла в холодильнике в течение года. Для лучшего прикрепления клеток микроносители перед использованием дополнительно обрабатывали раствором коллагена (концентрация 0.1 мг/мл) в течение 20 мин при температуре +37°С, затем отмывали два раза раствором Хэнкса и один раз средой Игла.

Выделение и культивирование фибробластов. Эмбриональные фибробласты человека получали из 3-5-недельного абортивного материала. Эмбрион несколько раз промывали в растворе Хэнкса с гентамицином (1 ампула на 0.5 л раствора), затем отделяли при помощи пинцета и скальпеля кожно-мышечные лоскуты и измельчали их до размера 1-2 мм. Кусочки промывали раствором PBS и помещали в 0.125%-ный раствор трипсина при 37°С. Через 15-20 мин трипсин ингибиро-вали сывороткой, все интенсивно пипетировали и фильтровали через нейлоновую сеточку. Полученную суспензию центрифугировали (800 об/мин, 5 мин), удаляли супернатант и добавляли среду для культивирования. Фибробласты культивировали в среде Игла с глутамином (0.3 мг/мл) и 10% эмбриональной сыворотки коров в С02-инкуба-

торе при 37°С. Смену среды проводили через каждые 3-4 сут, культуры пассировали при достижении конфлуентного слоя.

Постнатальные фибробласты выделяли из лоскутов кожи, оставшихся после косметических операций, с помощью трипсинизации и культивировали, как описано выше.

Культивирование фибробластов на микроносителях производили в сосудах с силиконизиро-ванной поверхностью в специальной роллерной установке при постоянном перемешивании. Внут-ренюю поверхность стеклянного сосуда трехкратно обрабатывали раствором силикона, сушку и стерилизацию проводили при температуре 120°С в течение 2 ч.

Заранее подготовленные микроносители помещали в сосуды для культивирования и вносили туда суспензию фибробластов из расчета 30 тыс. клеток и 100 мкл микроносителей на 1 мл среды Игла. Клетки и микроносители перемешивали в течение 2 мин для прикрепления. В опытах были использованы культуры эмбриональных фибробластов 5-10 пассажей и культуры постнаталь-ных фибробластов кожи человека 6-8 пассажей.

Измерение степени контракции коллагеново-го геля. Контракцию коллагенового геля рассчитывали, измеряя его диаметр с помощью линейки. Первое измерение диаметра геля, еще не начавшего контрактировать, принимали за 100%. На каждый срок проводили по три измерения.

Определение жизнеспособности клеток культур фибробластов человека в коллагеновом геле с использованием флуорохромов. Для выявления живых клеток использовался краситель ФДА (флуоресцеин диацетат). Продукт его гидролиза -флуоресцеин может накапливаться только в клетках с неповрежденной мембраной, поэтому он служил маркером живых клеток, которые светились зеленым в ультрафиолетовом свете. В качестве маркера мертвых клеток использовали бромистый этидий, который проникал в клетки с поврежденной мембраной и окрашивал их ядра в красный цвет. Маточные растворы (ФДА -1 мг/мл, бромистый этидий - 25 мг/мл) разводили до концентрации 25 мкл в 1 мл PBS. В рабочий раствор погружали гель с клетками, а само окрашивание производили при температуре 37°С в течение 10 мин. После нескольких отмывок гель помещали на предметное стекло в 100 мкл PBS, накрывали покровным стеклом и просматривали под микроскопом.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

При заключении в трехмерный коллагеновый гель эмбриональные фибробласты уже через 2 ч начинают формировать отростки, а через сутки они приобретают вытянутую форму. В эти сроки

Рис. 2. Эмбриональные фибробласты человека на микроносителях (видно, как клетки переходят с микроносителей в гель). Увел.: а - об. х4, ок. х 10; б -об. х 20, ок. х 10.

начинается процесс контракции геля. В отличие от эмбриональных постнатальные фибробласты контрактируют гель с меньшей скоростью. Мы изучили контракцию геля при внесении в него фибробластов в концентрациях 10, 25, 50, 100 и 150 тыс. клеток в 1 мл. В наших условиях оптимальной для изучения эффекта контракции оказались концентрации фибробластов в пределах от 50 до 100 тыс. клеток в 1 мл. Концентрации клеток в этих пределах были использованы для

Рис. 3 Гель, сконтрактированный эмбриональными фибробластами на микроносителях.

выращивания фибробластов на микроносителях и получения эквивалента соединительной ткани.

Для выращивания на микроносителях были использованы пассированные фибробласты, которые быстро прикрепляются к микроносителям и начинают пролиферировать. Спустя 3 сут большая часть микроносителей оказывается покрытой клетками и их можно заключать в гель.

В наших условиях оптимальная концентрация коллагена для приготовления эквивалента соединительной ткани находилась в пределах 1.0-1.5 мг/мл. В более плотном геле (с концентрацией коллагена выше 2 мг/мл) клетки не мигрировали с микроносителей и погибали в течение 6-8 ч. При меньшей плотности коллагена (0.5 мг/мл) гель был "рыхлым" и сильно контрактировал, что затрудняло изучение образованной структуры и использование для восстановления тканевых дефектов. На рис. 1 видны фибробласты человека, выращенные на коллагеновых микроносителях и заключенные в коллагеновый гель. В течение суток фибробласты начинали мигрировать с микроносителей в коллаге-

Контракция коллагенового геля эмбриональными и постнатальными фибробластами человека*

Фибробласты Время контракции геля, сут

человека 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Эмбриональные 100 89 78 64 45 23 9 7 7 7

Постнатальные 100 91 88 80 77 74

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком