kpcczКомплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеванийComplex Issues of Cardiovascular Diseases2306-12782587-9537Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”10.17802/2306-1278-2022-11-4-90-97kpccz-1243Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Патологическая физиологияORIGINAL STUDIES. Pathological physiologyВлияние напряжения сдвига на свойства колониеформирующих эндотелиальных клеток в сравнении с эндотелиальными клетками коронарных артерийEffects of shear stress on the properties of colonyforming endothelial cells in comparison with coronary artery endothelial cellsВеликановаЕ. А.VelikanovaE. A.

Великанова Елена Анатольевна, кандидат биологических наук научный сотрудник лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной медицины

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

Velikanova Elena A., PhD, researcher at the Laboratory of Cellular Technologies, the Department of Experimental Medicine

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

velikanova_ea@mail.ruМатвееваВ. Г.MatveevaV. G.

Матвеева Вера Геннадьевна, кандидат медицинских наук старший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной медицины

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

Matveeva Vera G., PhD, senior researcher at the Laboratory of Cellular Technologies, the Department of Experimental Medicine

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

ХановаМ. Ю.KhanovaM. Yu.

Ханова Марьям Юрисовна, младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной медицины

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

Khanova Mariam Yu., junior researcher at the Laboratory of Cellular Technologies, the Department of Experimental Medicine

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

АнтоноваЛ. В.AntonovaL. V.

Антонова Лариса Валерьевна, доктор медицинских наук заведующая лабораторией клеточных технологий отдела экспериментальной медицины

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

Antonova Larisa V., PhD, Head of the Laboratory of Cellular Technologies, the Department of Experimental Medicine

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»РоссияFederal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”Russian Federation2022090120231149097Copyright © Великанова Е.А., Матвеева В.Г., Ханова М.Ю., Антонова Л.В., 20232023Великанова Е.А., Матвеева В.Г., Ханова М.Ю., Антонова Л.В.Velikanova E.A., Matveeva V.G., Khanova M.Y., Antonova L.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nii-kpssz.com/jour/article/view/1243

Основные положения. Предварительное заселение эндотелиальными клетками внутренней поверхности тканеинженерных сосудов малого диаметра, как предполагается, может служить эффективным способом профилактики тромбозов. Остается дискуссионным вопрос о выборе оптимального источника эндотелиальных клеток для использования в тканевой инженерии. В работе рассмотрены особенности культуры колониеформирующих эндотелиальных клеток, полученных из периферической крови пациентов с ишемической болезнью сердца, в сравнении со зрелыми эндотелиальными клетками из коронарной артерии. Цель. Изучение влияния ламинарного потока на морфологические и функциональные особенности зрелых эндотелиальных клеток и колониеформирующих эндотелиальных клеток, полученных из периферической крови.Материалы и методы. Первичные эндотелиальные клетки коронарной артерии приобретены у Cell Applications (США). Колониеформирующие эндотелиальные клетки получали из периферической крови пациентов с ишемической болезнью сердца, перенесших чрескожное коронарное вмешательство. Клетки выделяли с использованием градиента фиколла, культивировали в культуральной среде EGM-2MV, содержащей 5% фетальной бычьей сыворотки. Клетки, составившие экспериментальную группу, культивировали в планшетах µ-Luer в перфузионной системе, создававшей напряжение сдвига в 3 дин/см2 . Время культивирования – 2 суток. Клетки контрольной группы культивировали в статических условиях. По окончании культивирования проводили иммунофлуоресцентное окрашивание на маркеры CD31, KDR/CD309, CD144, фактор фон Виллебранда, коллаген IV типа, F-актин.Результаты. И в статике, и в условиях ламинарного потока колониеформирующие эндотелиальные клетки и эндотелиальные клетки коронарных артерий сохраняли высокую плотность и жизнеспособность. Напряжение сдвига стимулировало изменение фенотипа колониеформирующих эндотелиальных клеток в направлении зрелых эндотелиальных клеток, в частности значимое увеличение экспрессии KDR/CD309 и CD31. Действие ламинарного потока снижало синтез фактора фон Виллебранда, стимулировало синтез коллагена IV типа. Напряжение сдвига способствовало развитию структурных перестроек клеток в ответ на трансдукцию, выразившуюся в изменении ориентации фибрилл F-актина в соответствии с направлением потока.Заключение. Колониеформирующие эндотелиальные клетки демонстрировали характерный ответ на действие напряжения сдвига, заключавшийся в изменении морфологии, фенотипа и секреторной активности клеток, сравнимый с таковым у эндотелиальных клеток коронарных артерий.

Highlights. It is assumed that pre-colonization by endothelial cells of the inner surface of tissue-engineered vessels of small diameter can serve as an effective way to prevent thrombosis. The question of choosing the optimal source of endothelial cells for use in tissue engineering remains debatable. The paper considers the features of the culture of colony-forming endothelial cells obtained from the peripheral blood of patients with coronary heart disease, in comparison with mature endothelial cells from the coronary artery.Aim. To study the effect of laminar flow on the morphological and functional characteristics of mature endothelial cells and peripheral blood-derived endothelial colony-forming cells.Methods. Coronary artery endothelial cells were purchased from the Cell Applications, Inc. Colony-forming endothelial cells were obtained from the peripheral blood of patients with coronary artery disease who underwent percutaneous coronary intervention. The cells were isolated using a Ficoll gradient and cultured in EGM-2MV culture medium containing 5% fetal bovine serum. The cells of the experimental group were cultured in µ-Luer plates in a perfusion system with a shear stress of 3 dyn/cm2 . The cultivation time was 2 days. The cells of the control group were cultured under static conditions. At the end of the cultivation we performed immunofluorescent staining for CD31, KDR/CD309, CD144, vWF, type IV collagen, F-actin.Results. Colony-forming endothelial cells and coronary artery endothelial cells retained high density and viability both under static and laminar flow conditions. Shear stress stimulated a change in the phenotype of colony-forming endothelial cells towards a mature endothelial cells, in particular, a significant increased the expression of KDR/CD309 and CD31. The action of laminar flow reduced the synthesis of von Willebrand factor, stimulated the synthesis of type IV collagen. Shear stress promoted the development of structural rearrangements in cells in response to transduction, which manifested in a change in F-actin fibrils orientation on the flow direction.Conclusion. Colony-forming endothelial cells showed a characteristic response to the action of shear stress, consisting in a change in morphology, phenotype, and secretory activity of cells, comparable to that of coronary artery endothelial cells.

Тканевая инженерияНапряжение сдвигаКолониеформирующие эндотелиальные клеткиЭндотелиальные клетки коронарных артерийTissue engineeringShear stressColony-forming endothelial cellsCoronary artery endothelial cellsРабота выполнена при поддержке комплексной программы фундаментальных научных исследований СО РАН в рамках фундаментальной темы НИИ КПССЗ № 0546-2019-0002 «Патогенетическое обоснование разработки имплантатов для сердечно-сосудистой хирургии на основе биосовместимых материалов, с реализацией пациент-ориентированного подхода с использованием математического моделирования, тканевой инженерии и геномных предикторов».ReferencesMelly L., Torregrossa G., Lee T., Jansens J., Puskas J. Fifty years of coronary artery bypass grafting. J Thorac Dis. 2018; 10(3): 1960–1967. doi:10.21037/jtd.2018.02.43Melly L., Torregrossa G., Lee T., Jansens J., Puskas J. Fifty years of coronary artery bypass grafting. J Thorac Dis. 2018; 10(3): 1960–1967. doi:10.21037/jtd.2018.02.43Ong C.S., Zhou X., Huang C.Y., Fukunishi T., Zhang H., Hibino N. Tissue engineered vascular grafts: current state of the field. Expert Rev Med Devices. 2017; 14(5): 383-392. doi:10.1080/17434440.2017.1324293.Ong C.S., Zhou X., Huang C.Y., Fukunishi T., Zhang H., Hibino N. Tissue engineered vascular grafts: current state of the field. Expert Rev Med Devices. 2017; 14(5): 383-392. doi:10.1080/17434440.2017.1324293.Pashneh-Tala S., MacNeil S., Claeyssens F. The TissueEngineered Vascular Graft—Past, Present, and Future. Tissue Eng Part B Rev. 2016; 22(1): 68–100. doi:10.1089/ten.teb.2015.0100Pashneh-Tala S., MacNeil S., Claeyssens F. The TissueEngineered Vascular Graft—Past, Present, and Future. Tissue Eng Part B Rev. 2016; 22(1): 68–100. doi:10.1089/ten.teb.2015.0100Sanchez P.F., Brey E.M., Briceno J.C. Endothelialization Mechanisms in Vascular Grafts. J. Tissue Eng. Regen. Med. 2018; 12: 2164–2178. doi:10.1002/term.2747Sanchez P.F., Brey E.M., Briceno J.C. Endothelialization Mechanisms in Vascular Grafts. J. Tissue Eng. Regen. Med. 2018; 12: 2164–2178. doi:10.1002/term.2747Hasan A., Memic A., Annabi N., Hossain M., Paul A., Dokmeci M.R., Dehghani F., Khademhosseini A. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta Biomater. 2014; 10(1): 11-25. doi:10.1016/j.actbio.2013.08.022.Hasan A., Memic A., Annabi N., Hossain M., Paul A., Dokmeci M.R., Dehghani F., Khademhosseini A. Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts. Acta Biomater. 2014; 10(1): 11-25. doi:10.1016/j.actbio.2013.08.022.Dimitrievska S., Niklason L.E. Historical Perspective and Future Direction of Blood Vessel Developments. Cold Spring Harb Perspect Med. 2018; 8(2): a025742. doi: 10.1101/cshperspect.a025742.Dimitrievska S., Niklason L.E. Historical Perspective and Future Direction of Blood Vessel Developments. Cold Spring Harb Perspect Med. 2018; 8(2): a025742. doi: 10.1101/cshperspect.a025742.Peters E.B. Endothelial Progenitor Cells for the Vascularization of Engineered Tissues. Tissue Eng Part B Rev. 2018; 24(1): 1–24. doi:10.1089/ten.teb.2017.0127Peters E.B. Endothelial Progenitor Cells for the Vascularization of Engineered Tissues. Tissue Eng Part B Rev. 2018; 24(1): 1–24. doi:10.1089/ten.teb.2017.0127Matveeva V, Khanova M, Sardin E, Antonova L, Barbarash O. Endovascular Interventions Permit Isolation of Endothelial Colony-Forming Cells from Peripheral Blood. Int J Mol Sci. 2018; 19(11): 3453. doi: 10.3390/ijms19113453Matveeva V, Khanova M, Sardin E, Antonova L, Barbarash O. Endovascular Interventions Permit Isolation of Endothelial Colony-Forming Cells from Peripheral Blood. Int J Mol Sci. 2018; 19(11): 3453. doi: 10.3390/ijms19113453Kolbe M., Dohle E., Katerla D., Kirkpatrick C.J., Fuchs S. Enrichment of outgrowth endothelial cells in high and low colony-forming cultures from peripheral blood progenitors. Tissue Eng Part C Methods. 2010; 16(5): 877-886Kolbe M., Dohle E., Katerla D., Kirkpatrick C.J., Fuchs S. Enrichment of outgrowth endothelial cells in high and low colony-forming cultures from peripheral blood progenitors. Tissue Eng Part C Methods. 2010; 16(5): 877-886Fang Y., Wu D., Birukov K.G. Mechanosensing and Mechanoregulation of Endothelial Cell Functions. Compr Physiol. 2019; 9(2): 873–904. doi:10.1002/cphy.c180020Fang Y., Wu D., Birukov K.G. Mechanosensing and Mechanoregulation of Endothelial Cell Functions. Compr Physiol. 2019; 9(2): 873–904. doi:10.1002/cphy.c180020Yamamoto K., Takahashi T., Asahara T., Ohura N., Sokabe T., Kamiya A., Ando J. Proliferation, differentiation, and tube formation by endothelial progenitor cells in response to shear stress. J. Appl. Physiol. 2003; 95(5): 2081–2088. doi:10.1152/japplphysiol.00232.2003Yamamoto K., Takahashi T., Asahara T., Ohura N., Sokabe T., Kamiya A., Ando J. Proliferation, differentiation, and tube formation by endothelial progenitor cells in response to shear stress. J. Appl. Physiol. 2003; 95(5): 2081–2088. doi:10.1152/japplphysiol.00232.2003Fisher A.B., Chien S., Barakat A.I., Nerem R.M. Endothelial cellular response to altered shear stress. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2001; 281(3): L529–L533. doi: 10.1152/ajplung.2001.281.3.L529.Fisher A.B., Chien S., Barakat A.I., Nerem R.M. Endothelial cellular response to altered shear stress. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2001; 281(3): L529–L533. doi: 10.1152/ajplung.2001.281.3.L529.Roux E., Bougaran P., Dufourcq P., Couffinhal T. Fluid Shear Stress Sensing by the Endothelial Layer. Front Physiol. 2020; 11: 861. doi:10.3389/fphys.2020.00861Roux E., Bougaran P., Dufourcq P., Couffinhal T. Fluid Shear Stress Sensing by the Endothelial Layer. Front Physiol. 2020; 11: 861. doi:10.3389/fphys.2020.00861Liu H., Gong X., Jing X., Ding X., Yao Y., Huang Y., Fan Y. Shear stress with appropriate time-step and amplification enhances endothelial cell retention on vascular grafts. J Tissue Eng Regen Med. 2017; 11(11): 2965-2978. doi:10.1002/term.2196Liu H., Gong X., Jing X., Ding X., Yao Y., Huang Y., Fan Y. Shear stress with appropriate time-step and amplification enhances endothelial cell retention on vascular grafts. J Tissue Eng Regen Med. 2017; 11(11): 2965-2978. doi:10.1002/term.2196Melchiorri A.J., Bracaglia L.G., Kimerer L.K., Hibino N., Fisher J.P. In vitro endothelialization of biodegradable vascular grafts via endothelial progenitor cell seeding and maturation in a tubular perfusion system bioreactor. Tissue Eng Part C Methods. 2016; 22(7): 663-70. doi: 10.1089/ten.tec.2015.0562Melchiorri A.J., Bracaglia L.G., Kimerer L.K., Hibino N., Fisher J.P. In vitro endothelialization of biodegradable vascular grafts via endothelial progenitor cell seeding and maturation in a tubular perfusion system bioreactor. Tissue Eng Part C Methods. 2016; 22(7): 663-70. doi: 10.1089/ten.tec.2015.0562Obi S., Masuda H., Shizuno T., Sato A., Yamamoto K., Ando J., Abe Y., Asahara T. Fluid shear stress induces differentiation of circulating phenotype endothelial progenitor cells. Am J Physiol Cell Physiol. 2012; 303(6): C595-606. doi:10.1152/ajpcell.00133.2012Obi S., Masuda H., Shizuno T., Sato A., Yamamoto K., Ando J., Abe Y., Asahara T. Fluid shear stress induces differentiation of circulating phenotype endothelial progenitor cells. Am J Physiol Cell Physiol. 2012; 303(6): C595-606. doi:10.1152/ajpcell.00133.2012Egorova A.D., DeRuiter M.C., De Boer H.C., Van De Pas S., Gittenberger-De Groot A.C., Van Zonneveld A.J., Poelmann R.E., Hierck B.P. Endothelial colony-forming cells show a mature transcriptional response to shear stress . Vitr. Cell. Dev. Biol. - Anim. 2012; 48(1): 21.Egorova A.D., DeRuiter M.C., De Boer H.C., Van De Pas S., Gittenberger-De Groot A.C., Van Zonneveld A.J., Poelmann R.E., Hierck B.P. Endothelial colony-forming cells show a mature transcriptional response to shear stress . Vitr. Cell. Dev. Biol. - Anim. 2012; 48(1): 21.Brown R.A., Shantsila E., Varma C., Lip G.Y. Current Understanding of Atherogenesis. Am J Med. 2017; 130 (3): 268-282Brown R.A., Shantsila E., Varma C., Lip G.Y. Current Understanding of Atherogenesis. Am J Med. 2017; 130 (3): 268-282Choi S.J., Lillicrap D. A sticky proposition: The endothelial glycocalyx and von Willebrand factor. J Thromb Haemost. 2020; 18(4): 781-785. doi:10.1111/jth.14743.Choi S.J., Lillicrap D. A sticky proposition: The endothelial glycocalyx and von Willebrand factor. J Thromb Haemost. 2020; 18(4): 781-785. doi:10.1111/jth.14743.Shim K., Anderson P.J., Tuley E.A., Wiswall E., Evan Sadler J. Platelet–VWF complexes are preferred substrates of ADAMTS13 under fluid shear stress. Blood. 2008; 111(2): 651–657. doi:10.1182/blood-2007-05-093021Shim K., Anderson P.J., Tuley E.A., Wiswall E., Evan Sadler J. Platelet–VWF complexes are preferred substrates of ADAMTS13 under fluid shear stress. Blood. 2008; 111(2): 651–657. doi:10.1182/blood-2007-05-093021Starke R.D., Ferraro F., Paschalaki K.E., Dryden N.H., McKinnon T.A., Sutton R.E., Payne E.M., Haskard D.O., Hughes A.D., Cutler D.F., Laffan M.A., Randi A.M. Endothelial von Willebrand factor regulates angiogenesis. Blood. 2011; 117(3): 1071–1080. doi: 10.1182/blood-2010-01-264507Starke R.D., Ferraro F., Paschalaki K.E., Dryden N.H., McKinnon T.A., Sutton R.E., Payne E.M., Haskard D.O., Hughes A.D., Cutler D.F., Laffan M.A., Randi A.M. Endothelial von Willebrand factor regulates angiogenesis. Blood. 2011; 117(3): 1071–1080. doi: 10.1182/blood-2010-01-264507Stratman A.N., Davis G.E. Endothelial cell-pericyte interactions stimulate basement membrane matrix assembly: Influence on vascular tube remodeling, maturation and stabilization. Microsc Microanal. 2012; 18(1): 68–80. doi:10.1017/S1431927611012402Stratman A.N., Davis G.E. Endothelial cell-pericyte interactions stimulate basement membrane matrix assembly: Influence on vascular tube remodeling, maturation and stabilization. Microsc Microanal. 2012; 18(1): 68–80. doi:10.1017/S1431927611012402

The authors declare that there are no conflicts of interest present.