Активация мультипотентных стромальных клеток костного мозга лазерным и КВЧ-излучением и их сочетанным воздействием

Цель исследования — изучение влияния лазерного и КВЧ-излучений и их сочетанного воздействия на пролиферативную активность мультипотентных стромальных клеток (МСК) костного мозга in vitro в состояниях, условно характеризующихся как «норма» и «ослабленное», а также способности этих факторов влиять на изменение содержания МСК в костном мозге при воздействии в условиях in vivo и in vitro.

Материалы и методы. Лазерное излучение низкой и умеренной интенсивности, акустические импульсы, генерируемые лазерным излучением в биоткани, и КВЧ-излучение использовали для моно- и сочетанного (примененного впервые) воздействий на МСК in vivo и in vitro. Кратковременный фрагментарный лазерный нагрев голеней крыс in vivo применяли для повышения эффективности колониеобразования МСК. Cтимуляцию пролиферативной активности и содержание МСК изучали на штаммах, полученных из костного мозга человека, кроликов, морских свинок и крыс.

Облучение штаммов МСК проводили в состоянии «норма», а также «ослабленные» со сниженной пролиферативной активностью за счет уменьшения эмбриональной сыворотки в питательной среде. Дозы воздействия варьировали путем изменения мощности и времени облучения.

Результаты. Наблюдали двукратное увеличение числа выросших колоний при лазерном нагреве костного мозга, а также выраженную стимуляцию эффективности колониеобразования, превышающую контрольные значения на 85%, при КВЧ-облучении костномозговой суспензии дозой 8 Дж/см².

Влияние физических факторов существенно зависит от состояния МСК: происходит значительное усиление пролиферативной активности клеток, находящихся в «ослабленном» состоянии. Акустические импульсы лазероиндуцированной гидродинамики вызывают статистически значимое (p<0,01) усиление пролиферативной активности МСК человека — на 80% по отношению к контролю. Исследования сочетанных воздействий показали, что они не усиливают пролиферативную активность МСК человека по сравнению с моно-воздействием акустических импульсов лазероиндуцированной гидродинамики.

Заключение. Исследованные физические воздействия в условиях in vivo и in vitro увеличивают содержание МСК в исходном костном мозге, а также усиливают их пролиферативную активность в процессе развития штаммов этих клеток in vitro. Применение данных методов в клинике позволит получать необходимое для обратной трансплантации число клеток на более ранних пассажах и тем самым избежать возникновения хромосомных аберраций в культурах МСК.

1. Чайлахян Р.К., Лалыкина К.С. Спонтанная и инду­цированная дифференцировка костной ткани в популяции фибробластоподобных клеток, полученных из длительных монослойных культур костного мозга и селезенки. Доклады АН СССР 1969; 187(2): 473–479.
2. Friedenstein A.J., Chailakhyan R.K., Gerasimov U.V. Bone marrow osteogenic stem cells: in vitro cultivation and transplantation in diffusion chambers. Cell Tissue Kinet 1987; 20(3): 263–272, https://doi.org/10.1111/j.1365-2184.1987.tb01309.x.
3. Ng T.K., Fortino V.R., Pelaez D., Cheung H.S. Progress of mesenchymal stem cell therapy for neural and retinal diseases. World J Stem Cells 2014; 6(2): 111–119, https://doi.org/10.4252/wjsc.v6.i2.111.
4. Chen S.L., Fang W.W., Ye F., Liu Y.H., Qian J., Shan S.J., Zhang J.J., Chunhua R.Z., Liao L.M., Lin S., Sun J.P. Effect on left ventricular function of intracoronary transplantation of autologous bone marrow mesenchymal stem cell in patients with acute myocardial infarction. Am J Cardiol 2004; 94(1): 92–95, https://doi.org/10.1016/j.amjcard.2004.03.034.
5. Осепян И.А., Чайлахян Р.К., Гарибян Э.С., Айва­зян В.П. Лечение несросшихся переломов ложных суста­вов и дефектов длинных костей трансплантацией аутологичных костномозговых фибробластов, выращенных in vitro и имплантированных в АГМ. Ортопедия, травматология и протезирование 1987; 9: 96–98.
6. Wakitani S., Imoto K., Yamamoto T., Saito M., Murata N., Yoneda M. Human autologous culture expanded bone marrow mesenchymal cell transplantation for repair of cartilage defects in osteoarthritic knees. Osteoarthritis Cartilage 2002; 10(3): 199–206, https://doi.org/10.1053/joca.2001.0504.
7. Chailakhyan R.K., Gerasimov Y.V., Fridenshtein A.Y. Number of osteogenic precursor cells in bone marrow and their multiplication in culture. Bull Exp Biol Med 1984; 98(5): 1570–1573, https://doi.org/10.1007/bf00800038.
8. Chailakhyan R.K., Gerasimov Y.V., Kuralesova A.I., Latsinik N.V., Genkina E.N., Chailakhyan M.R. Proliferative and differentiation potential of individual clones derived from bone marrow stromal precursor cells. Biology Bulletin of the Russian Academy of Sciences 2001; 28(6): 575–584, https://doi.org/10.1023/a:1012316218732 .
9. Бочков Н.П., Никитина В.А. Цитогенетика стволовых клеток человека. Молекулярная медицина 2008; 3: 40–47.
10. Tuby H., Maltz L., Oron U. Low-level laser irradiation (LLLI) promotes proliferation of mesenchymal and cardiac stem cells in culture. Lasers Surg Med 2007; 39(4): 373–378, https://doi.org/10.1002/lsm.20492.
11. Eduardo F. de P., Bueno D.F., de Freitas P.M., Marques M.M., Passos-Bueno M.R., Eduardo Cde P., Zatz M. Stem cell proliferation under low intensity laser irradiation: a preliminary study. Lasers Surg Med 2008; 40(6): 433–438, https://doi.org/10.1002/lsm.20646.
12. Чайлахян Р.К., Герасимов Ю.В., Свиридов А.П., Кон­дюрин А.В., Тамбиев А.Х., Баграташвили В.Н. Действие ИК лазерного излучения на мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки костного мозга крыс in vivo. Российский иммунологический журнал 2009; 3(3–4(12)): 333–337.
13. Чайлахян Р.К., Юсупов В.И., Герасимов Ю.В., Со­бо­лев П.А., Тамбиев А.Х., Воробьева Н.Н., Свиридов А.П., Баграташвили В.Н. Влияние гидродинамических процессов и низкоинтенсивного излучения с длинами волн 0,63 мкм и 7,1 мм на пролиферативную активность стволовых клеток стромы костного мозга in vitro. Биомедицина 2011; 1(2): 24–29.
14. Чайлахян Р.К., Юсупов В.И., Свиридов А.П., Ге­ра­симов Ю.В., Тамбиев А.Х., Воробьева Н.Н., Кура­лесова А.И., Москвина И.Л., Баграташвили В.Н. Акус­ти­ческое и КВЧ-воздействия на стволовые стромальные клетки костного мозга in vitro. Биомедицинская радио­электроника 2013; (2): 36–42.
15. Тамбиев А.Х., Баграташвили В.Н., Герасимов Ю.В., Свиридов А.П., Чайлахян Р.К. Влияние КВЧ-излучения низ­кой интенсивности на пролиферацию in vitro мульти­потентных мезенхимальных стромальных клеток кост­но­го мозга. В кн.: Труды XVI международной кон­фе­­ренции «Новые информационные технологии в ме­ди­цине, биологии, фармакологии». Гурзуф, Крым; 2008.
16. Тамбиев А.Х., Баграташвили В.Н., Герасимов Ю.В., Свиридов А.П., Антонов Е.Н., Чайлахян Р.К. Действие электромагнитного излучения миллиметрового диапазона низкой интенсивности на стволовые стромальные клет­ки костного мозга. В кн.: Труды XV международной кон­фе­­­ренции «Новые информационные технологии в ме­­ди­­цине, биологии, фармакологии». Гурзуф, Крым; 2007.
17. Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н., Бецкий О.В., Гуля­ев Ю.В. Миллиметровые волны и фотосинтезирующие ор­га­низмы. М: Радиотехника; 2003; 175 с.
18. Чудновский В.М., Леонова Г.Н., Скопинов С.А., Дроздов А.Л., Юсупов В.И. Биологические модели и физические механизмы лазерной терапии. Владивосток: Дальнаука; 2002; 157 с.
19. Чудновский В., Буланов В., Юсупов В. Лазерное индуцирование акустогидродинамических эффектов в хи­рур­гии. Фотоника 2010; 1: 30–36.
20. Крочек И.В., Привалов В.А., Лаппа А.В., Евне­вич М.В., Минаев В.П. Лазерная остеоперфорация в лечении острого и хронического остеомиелита. Челябинск: ЧГМА, ЧГУ; 2004.
21. Чудновский В.М., Буланов В.А., Юсупов В.И., Корс­ков И.В., Косарева О.В., Тимошенко В.С. Экспери­ментальное обоснование лазерного пункционного лечения остеохондроза позвоночника. Лазерная медицина 2010; 14(1): 30–35.
22. Чудновский В.И., Юсупов В.И. Метод лазерного интервенционного воздействия при остеохондрозе. Патент РФ 2321373. 2008.
23. Сандлер Б.И., Суляндзига Л.Н., Чудновский В.М., Юсупов В.И., Косарева О.В., Тимошенко В.С. Перспек­тивы лечения дискогенных компрессионных форм пояс­нично-крестцовых радикулитов с помощью пункционных неэндоскопических лазерных операций. Владивосток: Дальнаука; 2004; 181 с.
24. Yusupov V.I., Chudnovskii V.M., Bagratashvili V.N. Laser-induced hydrodynamics in water-saturated biotissues. 1. Generation of bubbles in liquid. Laser Physics 2010; 20(7): 1641–1646, https://doi.org/10.1134/s1054660x1014001x.
25. Yusupov I.V, Chudnovskii V.M., Bagratashvili V.N. Laser-induced hydrodynamics in water and biotissues nearby optical fiber tip. Hydrodynamics — advanced topics. Schulz H.E., Simões A.L.A., Lobosco R.J. (editors). InTech; 2011, https://doi.org/10.5772/28517.
26. Лазерная инженерия хрящей. Под ред. Багра­та­швили В.Н., Соболь Э.Н., Шехтер А.Б. М: Физматлит; 2006; 488 с.
27. Буйлин В.А., Москвин С.В., Гулиев С.Г. Анализ возможностей сочетанного применения КВЧ и лазерного излучений в медицине. URL: http://milta-f.ru/mil/articles/general_terapy/analyz.
28. Комарова Л.А., Терентьева Л.А., Егорова Г.И. Сочетанные методы физиотерапии. Рига: Зинатне; 1986; 175 с.

Chailakhyan R.K., Gerasimov Yu.V., Yusupov V.I., Sviridov A.P., Tambiev A.Kh., Vorobieva N.N., Grosheva A.G., Kuralesova A.I., Moskvina I.L., Bagratashvili V.N. Activation of Bone Marrow Multipotent Stromal Cells by Laser and EHF Radiation and Their Combined Impacts. Sovremennye tehnologii v medicine 2017; 9(1): 28, https://doi.org/10.17691/stm2017.9.1.03