kpcczКомплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеванийComplex Issues of Cardiovascular Diseases2306-12782587-9537Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”10.17802/2306-1278-2018-7-2-89-101kpccz-425Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL STUDIESОЦЕНКА IN VITRO АКТИВНОСТИ РОСТОВЫХ ФАКТОРОВ И ХЕМОАТТРАКТАНТНЫХ МОЛЕКУЛ, ИНКОРПОРИРОВАННЫХ В ПОЛИМЕРНЫЕ МАТРИКСЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИГИДРОКСИБУТИРАТА/ ВАЛЕРАТА И ПОЛИКАПРОЛАКТОНАIN VITRO ACTIVITY OF BIOACTIVE MOLECULES INCORPORATED INTO POLY (3-HYDROXYBUTYRATE-CO-3-HYDROXYVALERATE)/ POLY(ε-CAPROLACTONE) SCAFFOLDSАнтоноваЛ. В.AntonovaL. V.

кандидат медицинских наук, заведующая лабораторией клеточных технологий

PhD, the Head of the Laboratory of Cell Technologies

antonova.la@mail.ruМатвееваВ. Г.MatveevaV. G.

кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий

PhD, senior researcher at the Laboratory of Cell Technologies

antonova.la@mail.ruВеликановаЕ. А.VelikanovaE. A.

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории клеточных технологий

PhD, researcher at the Laboratory of Cell Technologies

antonova.la@mail.ruХановаМ. Ю.KhanovaM. Y.

младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий

research assistant at the Laboratory of Cell Technologies

antonova.la@mail.ruСевостьяноваВ. В.SevostyanovaV. V.

кандидат медицинских наук, научный сотрудник лаборатории клеточных технологий

PhD, researcher at the Laboratory of Cell Technologies

antonova.la@mail.ruЦепокинаА. В.TsepokinaA. V.

младший научный сотрудник лаборатории геномной медицины

research assistant at the Laboratory of Genomic Medicine

antonova.la@mail.ruЭльгудинЯ. Л.ElgudinYa. L.

доктор медицинских наук, профессор факультета хирургии Университета Кейс Вестерн Резерв, заведующий отделением кардио-торакальной хирургии Кливлендского медицинского центра для ветеранов, Кливленд

MD, PhD, Assistant Professor, Surgery, Case Western Reserve University School of Medicine, Cleveland, Ohio, United States of America; Chief, Division of Cardiothoracic Surgery Louis Stokes Cleveland VA Medical Center Cleveland, Ohio

antonova.la@mail.ruБарбарашЛ. С.BarbarashL. S.

доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, главный научный сотрудник

PhD, Professor, Academician of the RAS, chief researcher

antonova.la@mail.ruФедеральное 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 FederationHarrington Heart and Vascular Institute, University Hospitals Cleveland Medical CenterСоединённые Штаты АмерикиHarrington Heart and Vascular Institute, University Hospitals Cleveland Medical CenterUnited States2018290620187289101Copyright © Антонова Л.В., Матвеева В.Г., Великанова Е.А., Ханова М.Ю., Севостьянова В.В., Цепокина А.В., Эльгудин Я.Л., Барбараш Л.С., 20182018Антонова Л.В., Матвеева В.Г., Великанова Е.А., Ханова М.Ю., Севостьянова В.В., Цепокина А.В., Эльгудин Я.Л., Барбараш Л.С.Antonova L.V., Matveeva V.G., Velikanova E.A., Khanova M.Y., Sevostyanova V.V., Tsepokina A.V., Elgudin Y.L., Barbarash L.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nii-kpssz.com/jour/article/view/425

Актуальность Для создания функционально активных биодеградируемых матриксов, способных задавать вектор клеточному отклику в организме, были изготовлены нетканые матриксы с ростовыми факторами и хемоаттрактантными молекулами. Цель Изучить в эксперименте с эндотелиальными клетками in vitro активность ростовых факторов и хемоаттрактантных молекул, инкорпорированных в состав полимерных матриксов на основе полигидроксибутирата/валерата и поликапролактона. Материалы и методы Нетканые матриксы из полигидроксибутирата/валерата и поликапролактона (PHBV/PCL) с изолированным или сочетанным введением в структуру сосудистого эндотелиального фактора роста VEGF, основного фактора роста фибробластов bFGF и хемоаттрактантной молекулы SDF-1a были изготовлены методом двухфазного электроспиннинга. С использованием культуры эндотелиальных клеток линии EA.hy 926 изучены адгезия, жизнеспособность и пролиферация клеток, культивируемых на поверхности матриксов, а также васкулогенез, секреторная активность и клеточный индекс клеток в ответ на диффузию в среду культивирования инкорпорированных в матриксы веществ. Результаты При анализе комплекса показателей доказана сохранность активности VEGF, bFGF и SDF-1a, инкорпорированных в состав матриксов PHBV/PCL, а также преимущество матриксов, содержащих комплекс ростовых факторов и хемоаттрактантных молекул (GFmix), в плане сбалансированности своего воздействия на адгезию, пролиферацию, жизнеспособность эндотелиальных клеток и активацию васкулогенеза. Диффузия из матриксов комплекса GFmix в культуральную среду стимулировала секрецию эндотелиоцитамить IL-10, и VE-кадгерина, что демонстрирует противовоспалительную активность и хороший клеточный контакт. Низкий уровень секретируемого клетками EA.hy 926 VEGF-A в лунках с матриксами, содержащими VEGF и GFmix, мог отражать феномен обратной связи, когда синтез вещества тормозится на фоне его достаточного присутствия в окружающей среде. Заключение Ростовые факторы и хемоаттрактантные молекулы, вводимые в состав нетканых полимерных матриксов методом электроспиннинга, сохраняют свою биологическую активность. Сочетание VEGF, bFGF и SDF-1a в составе одного матрикса синхронизирует эффекты клеточного отклика в отличие от изолированного введения данных веществ в состав матриксов.

 

Background We fabricated biodegradable, bioactive scaffolds to guide the differentiation of endothelial progenitor cells. Aim To study in vitro activity of the bioactive factors incorporated into the poly (3-hydroxubutyrate-co-3-hydroxyvalerate)/poly(ε-caprolactone) (PHBV/PCL) scaffolds. Methods Nonwoven scaffolds were blended of PHBV and PCL utilizing either separate or combined incorporation of vascular endothelial growth factor (VEGF), basic fibroblast growth factor (bFGF), and stromal cell-derived factor-1α (SDF-1α) by emulsion electrospinning. We further studied adhesion, viability, and proliferation of EA.hy 926 endothelial cells cultured on these scaffolds and evaluated vasculogenesis, cell index, and secretory profile in response to the addition of abovementioned bioactive factors. Results We showed that VEGF, bFGF, and SDF-1α retain their bioactivity upon the incorporation into the PHBV/PCL scaffolds. Scaffolds with all three bioactive factors incorporated demonstrated superior performance in comparison with those containing any of these factors alone. Diffusion of the bioactive factors into the culture medium stimulated the secretion of interleukin-10, and VE-cadherin by endothelial cells that indicated anti-inflammatory response and tight intercellular junctions. We also detected the low level of secreted VEGF-A from the scaffolds with VEGF suggestive of its physiological regulation. Conclusion Bioactive factors retain their bioactivity upon the incorporation into the PHBV/ PCL scaffolds. Combination of VEGF, bFGF, and SDF-1a improves cellular response compared to the incorporation of any of these factors alone.

эндотелиальные клеткиэлектроспиннингбиодеградируемые полимерыростовые факторыхемоаттрактантные молекулыбиологическая активностьendothelial cellselectrospinningbiodegradable polymersgrowth factorschemoattractantsbioactivityРабота выполнена при поддержке комплексной программы фундаментальных научных исследований СО РАН в рамках фундаментальной темы НИИ КПССЗ № 0546-2015-0011 «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».ReferencesPalumbo V.D., Bruno A., Tomasello G., Damiano G., Lo Monte A.I. Bioengineered vascular scaffolds: the state of the art. Int J Artif Organs. 2014; 37(7): 503-12. doi: 10.5301/ ijao.5000343.Palumbo V.D., Bruno A., Tomasello G., Damiano G., Lo Monte A.I. Bioengineered vascular scaffolds: the state of the art. Int J Artif Organs. 2014; 37(7): 503-12. doi: 10.5301/ ijao.5000343.De Valence S., Tille J., Mugnai D., Mrowczynski W., Gurny R., Möller M. et al. Long term performance of polycaprolactone vascular grafts in a rat abdominal aorta replacement model. Biomaterials. 2012; 33(1): 38-47. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.09.024.De Valence S., Tille J., Mugnai D., Mrowczynski W., Gurny R., Möller M. et al. Long term performance of polycaprolactone vascular grafts in a rat abdominal aorta replacement model. Biomaterials. 2012; 33(1): 38-47. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.09.024.Talacua H., Smits A.I., Muylaert D.E., van Rijswijk J.W., Vink A., Verhaar M.C. et al. In Situ Tissue Engineering of Functional Small-Diameter Blood Vessels by Host Circulating Cells Only. Tissue Eng Part A. 2015; 21(19-20): 2583-94. doi: 10.1089/ten.TEA.2015.0066.Talacua H., Smits A.I., Muylaert D.E., van Rijswijk J.W., Vink A., Verhaar M.C. et al. In Situ Tissue Engineering of Functional Small-Diameter Blood Vessels by Host Circulating Cells Only. Tissue Eng Part A. 2015; 21(19-20): 2583-94. doi: 10.1089/ten.TEA.2015.0066.Yu J., Wang A., Tang Z., Henry J., Li-Ping Lee B., Zhu Y. et al. The effect of stromal cell-derived factor-1α/heparin coating of biodegradable vascular grafts on the recruitment of both endothelial and smooth muscle progenitor cells for accelerated regeneration. Biomaterials. 2012; 33(32): 8062-74. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.07.042.Yu J., Wang A., Tang Z., Henry J., Li-Ping Lee B., Zhu Y. et al. The effect of stromal cell-derived factor-1α/heparin coating of biodegradable vascular grafts on the recruitment of both endothelial and smooth muscle progenitor cells for accelerated regeneration. Biomaterials. 2012; 33(32): 8062-74. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.07.042.Zheng W., Wang Z., Song L., Zhao Q., Zhang J., Li D. et al. Endothelialization and patency of RGD-functionalized vascular grafts in a rabbit carotid artery model. Biomaterials. 2012; 33(10): 2880-91. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.12.047.Zheng W., Wang Z., Song L., Zhao Q., Zhang J., Li D. et al. Endothelialization and patency of RGD-functionalized vascular grafts in a rabbit carotid artery model. Biomaterials. 2012; 33(10): 2880-91. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.12.047.Misteli H., Wolff T., Füglistaler P., Gianni-Barrera R., Gürke L., Heberer M., Banfi A. High-throughput flow cytometry purification of transduced progenitors expressing defined levels of vascular endothelial growth factor induces controlled angiogenesis in vivo. Stem Cells. 2010; 11(28): 611-619. doi: 10.1002/stem.291.Misteli H., Wolff T., Füglistaler P., Gianni-Barrera R., Gürke L., Heberer M., Banfi A. High-throughput flow cytometry purification of transduced progenitors expressing defined levels of vascular endothelial growth factor induces controlled angiogenesis in vivo. Stem Cells. 2010; 11(28): 611-619. doi: 10.1002/stem.291.Yang X., Liaw L., Prudovsky I., Brooks P.C., Vary C., Oxburg L. Fibroblast growth factor signaling in the vasculature. Curr Atheroscler Rep. 2015; 17: 509. doi:10.1007/s11883-015-0509-6.Yang X., Liaw L., Prudovsky I., Brooks P.C., Vary C., Oxburg L. Fibroblast growth factor signaling in the vasculature. Curr Atheroscler Rep. 2015; 17: 509. doi: 10.1007/s11883-015-0509-6.Ho T. K., Shiwen X., Abraham D., Tsui J., Baker D. Stromal-cell-derived factor-1 (SDF-1)/CXCL12 as potential target of therapeutic angiogenesis in critical leg ischaemia. Cardiology Research and Practice. 2012; 2012: 143209. doi: 10.1155/2012/143209.Ho T. K., Shiwen X., Abraham D., Tsui J., Baker D. Stromal-cell-derived factor-1 (SDF-1)/CXCL12 as potential target of therapeutic angiogenesis in critical leg ischaemia. Cardiology Research and Practice. 2012; 2012: 143209. doi: 10.1155/2012/143209.Tran J., Magenau A., Rodriguez M., Rentero C., Royo T., Enrich C. et al. Activation of endothelial nitric oxide (eNOS) occurs through different membrane domains in endothelial cells. PLos ONE. 2016; 11(3): e0151556. doi: 10.1371/yournal. pone.0151556.Tran J., Magenau A., Rodriguez M., Rentero C., Royo T., Enrich C. et al. Activation of endothelial nitric oxide (eNOS) occurs through different membrane domains in endothelial cells. PLos ONE. 2016; 11(3): e0151556. doi: 10.1371/yournal. pone.0151556.Di Lorenzo A., Lin M.I., Murata T., Landskroner-Eiger S., Schleicher M., Kothiya M. et al. eNOS-derived nitric oxide regulates endothelial barrier function through VE-cadherin and Rho GTPases. J. Cell Sci. 2014; 126: 5541-5552. doi: 10.1242/ jcs.153601.Di Lorenzo A., Lin M.I., Murata T., Landskroner-Eiger S., Schleicher M., Kothiya M. et al. eNOS-derived nitric oxide regulates endothelial barrier function through VE-cadherin and Rho GTPases. J. Cell Sci. 2014; 126: 5541-5552. doi: 10.1242/ jcs.153601.Murakami M., Simons M. Fibroblast growth factor regulation of neovascularization. Current Opinion Hematol. 2008; 15: 215-220. doi: 10.1097/MOH.0b013e3282f97d98.Murakami M., Simons M. Fibroblast growth factor regulation of neovascularization. Current Opinion Hematol. 2008; 15: 215-220. DOI: 10.1097/MOH.0b013e3282f97d98.Esser J.S., Rahner S., Deckler M., Bode C., Patterson C., Moser M. Fibroblast growth factor signaling pathway in endothelian cells is activated by BMPER to promote angiogenesis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2015; 35: 358-367. doi: 10.1161/ATVBAHA.114.304345.Esser J.S., Rahner S., Deckler M., Bode C., Patterson C., Moser M. Fibroblast growth factor signaling pathway in endothelian cells is activated by BMPER to promote angiogenesis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2015; 35: 358-367. doi: 10.1161/ATVBAHA.114.304345.Амчиславский Е.И., Соколов Д.И., Сельков С.А., Фрейдлин И.С. Пролиферативная активность эндотелиальных клеток человека линии Ea. hy 926 и ее модуляция. Цитология. 2005; 47 (5): 389-399.Amchislavskii E.I., Sokolov D.I., Sel’kov S.A., Freidlin I.S. Proliferativnaya aktivnost’ endotelial’nykh kletok cheloveka linii Ea. hy 926 i ee modulyatsiya. Tsitologiya 2005; 47 (5): 389-399 (In Russian).Амчиславский Е.И., Соколов Д.И., Сельков С.А., Фрейдлин И.С. Модификация метода образования капилляроподобных структур эндотелиальными клетками человека линии Ea. hy 926. Медицинская иммунология. 2006; 8(2-3): 414.Amchislavskii E.I., Sokolov D.I., Sel’kov S.A., Freidlin I.S. Modifikatsiya metoda obrazovaniya kapillyaropodobnykh struktur endotelial’nymi kletkami cheloveka linii Ea. hy 926. Meditsinskaya immunologiya. 2006; 8(2-3): 414 (In Russian).Liu F., Li G., Deng L., Kuang B., Li X. The roles of FGF10 in vasculogenesis and angiogenesis. Biomedical Research. 2017; 28(3): 1329-1332.Liu F., Li G., Deng L., Kuang B., Li X. The roles of FGF10 in vasculogenesis and angiogenesis. Biomedical Research. 2017; 28(3): 1329-1332.Sokolov D.I., Lvova T.Yu., Okorokova L.S., Belyakova K.L., Sheveleva A.R., Stepanova O.I. et al. Effect of cytokines on the formation tube-like structures by endothelial cells in the precence of trophoblast cells. Cell Nechnologies in Biologi and Medicine. 2017; 1: 148-158. doi: 10.1007/s10517-017-3756-4.Sokolov D.I., Lvova T.Yu., Okorokova L.S., Belyakova K.L., Sheveleva A.R., Stepanova O.I. et al. Effect of cytokines on the formation tube-like structures by endothelial cells in the precence of trophoblast cells. Cell Nechnologies in Biologi and Medicine. 2017; 1: 148-158. doi: 10.1007/s10517-017-3756-4.Zheng H., Fu G., Dai T., Huang H. Migration of endothelial progenitor cells mediated by stromal cell-derived factor-1alpha/CXCR4 via PI3K/Akt/eNOS signal transduction pathway. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 2007; 50(3): 274–280. doi: 10.1097/FJC.0b013e318093ec8f.Zheng H., Fu G., Dai T., Huang H. Migration of endothelial progenitor cells mediated by stromal cell-derived factor-1alpha/CXCR4 via PI3K/Akt/eNOS signal transduction pathway. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 2007; 50(3): 274–280. doi: 10.1097/FJC.0b013e318093ec8f.Neuhaus T., Stier S., Totzke G., Gruenewald E., Fronhoffs S., Sachinidis A., Vetter H., Ko Y.D. Stromal cell-derived factor 1alpha (SDF-1alpha) induces gene-expression of early growth response-1 (Egr-1) and VEGF in human arterial endothelial cells and enhances VEGF induced cell proliferation. Cell Prolif. 2003; 36 (2): 75–86.Neuhaus T., Stier S., Totzke G., Gruenewald E., Fronhoffs S., Sachinidis A., Vetter H., Ko Y.D. Stromal cell-derived factor 1alpha (SDF-1alpha) induces gene-expression of early growth response-1 (Egr-1) and VEGF in human arterial endothelial cells and enhances VEGF induced cell proliferation. Cell Prolif. 2003; 36 (2): 75–86.Бывальцев В.А., Степанов И.А., Белых Е.Г., Яруллина А.И. Молекулярные аспекты ангиогенеза в глиобластомах головного мозга. Вопросы онкологии. 2017; 63 (1): 19-27.Byvaltsev V.A., Stepanov I.A., Belykh E.G., Yarullina A.I. Molecular aspects of angiogenesis in brain glioblastomas. Problems in oncology. 2017; 63 (1): 19-27.Helmlinger J.M., Li Z., Lathia J.D. Hypoxia inducible factors in cancer stem cells. Br J Cancer. 2010; 102: 789-795. doi: 10.1038/sj.bjc.6605551Helmlinger J.M., Li Z., Lathia J.D. Hypoxia inducible factors in cancer stem cells. Br J Cancer. 2010; 102: 789-795. doi: 10.1038/sj.bjc.6605551Boulanger C.M. Endothelium. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2016; 36: e26-e31. doi: 10.1161/ATVBAHA.116.306940Boulanger C.M. Endothelium. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2016; 36: e26-e31. doi: 10.1161/ATVBAHA.116.306940Ngu H., Feng Y., Lu L., Oswald S.J., Longmore G.D., Yin F.C. Effect of focal adhesion proteins on endothelial cell adhesion, motility and orientation response to cyclic strain. Ann Biomed Eng. 2010; 38(1): 208–222. doi: 10.1007/s10439-009-9826-7Ngu H., Feng Y., Lu L., Oswald S.J., Longmore G.D., Yin F.C. Effect of focal adhesion proteins on endothelial cell adhesion, motility and orientation response to cyclic strain. Ann Biomed Eng. 2010; 38(1): 208–222. doi: 10.1007/s10439-009-9826-7Bazzoni G., Dejana E. Endothelial cell-to-cell junction: molecular organization and role in vascular homeostasis. Physiol Rev. 2004; 84(3): 869-901. doi: 10.1152/physrev.00035.2003.Bazzoni G., Dejana E. Endothelial cell-to-cell junction: molecular organization and role in vascular homeostasis. Physiol Rev. 2004; 84(3): 869-901. doi: 10.1152/physrev.00035.2003.

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