Monitoring the migration and survival of mesenchymal stem cells in a critical bone defect model in dental implant sites: an experimental in vivo laboratory study

Cover Page


Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

BACKGROUND: Mesenchymal stem cells (MSCs) can migrate from the injection site to nearby injured areas, where they promote tissue repair. This expands the clinical applications of stem cells in regenerative medicine and improves treatment outcomes in patients with various injuries and diseases.

AIM: The work aimed to study the migration behavior of MSCs from the injection site to injured areas and evaluate their role in tissue repair during dental implantation.

METHODS: We labeled adipose-derived rat MSCs with a fluorescent dye and transplanted them into an area with a critical bone defect in a rat’s parietal bone.

RESULTS: Intravital dynamic imaging of MSCs in rats showed that the cells remained in the area of the bone defect and migrated to the lesion from distant injection sites during the 14-day follow-up.

CONCLUSION: Important evidence was obtained regarding the migration of MSCs and their potential for tissue regeneration in bone defects. MSCs can migrate from the injection site to nearby injured areas, where they promote tissue repair. This expands the clinical applications of stem cells in regenerative medicine and improves treatment outcomes in patients with various injuries and diseases.

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

В последние несколько десятилетий активно изучается потенциал стволовых клеток для стимуляции регенерации повреждённых тканей. Среди различных стволовых клеток мезенхимальные стволовые клетки (МСК) привлекли значительное внимание клиницистов благодаря простоте производства, низкой иммуногенности и онкогенности. МСК обладают способностью дифференцироваться в клетки мезенхимальной ткани, такие как адипоциты, хондроциты и остеоциты, под воздействием цитокинов и факторов роста микроокружения. Они также обладают способностью трансдифференцироваться в клетки, происходящие из других зародышевых слоёв [1, 2]. Эти свойства делают МСК перспективными для регенерации костной ткани, особенно в критических костных дефектах, которые не могут регенерировать сами по себе.

Для восстановления целостности кости используют различные методы костной пластики. В современной челюстно-лицевой хирургии для замещения и восстановления костной ткани применяют несколько материалов. Однако синтетические материалы, в отличие от ауто-, алло- и некоторых ксеноматериалов, не обладают остеоиндуктивными свойствами [3]. Основные материалы с остеогенными свойствами, используемые в регенеративной медицине, включают титан [4], гидроксиапатит [5], поли(молочно-гликолевую кислоту) [6], коллаген, синтетические заменители кости: к примеру, кальций-фосфатные цементы и биоактивные стёкла разработаны таким образом, чтобы имитировать состав натуральной кости [7]. Кроме того, они могут соединяться с существующей костью и стимулировать образование новой кости.

В работе [8] показаны положительные результаты при использовании β-трикальцийфосфата/желатинового скаффолда в сочетании с аллогенными стволовыми клетками, полученными из жировой ткани, для восстановления дефектов кавернозной кости у кроликов. В другом исследовании продемонстрирован успешный опыт формирования остеогенного потенциала кости in vitro на коллагенированных двухблочных скаффолдах свиньи, засеянных стволовыми клетками периодонтальной связки и культивированных в базальной или дифференцировочной среде [9].

В клинической медицине доставка терапевтических агентов непосредственно в повреждённую область не всегда возможна. При некоторых видах травм область повреждения кости может выходить далеко за пределы места нарушения её целостности. МСК способны к самонацеливанию, т. е. они могут мигрировать в место повреждения под воздействием хемокинов и цитокинов, выделяемых в зоне повреждения, и далее дифференцироваться в местные компоненты повреждённых участков, таким образом способствуя регенерации тканей [10]. Однако перенос МСК из их ниши в ткани-мишени — сложный процесс, зависящий от баланса факторов, которые удерживают МСК в нише или стимулируют их миграцию.

На ранних стадиях после травмы в формирующейся гематоме кости повышается экспрессия различных цитокинов и факторов роста [11]. Эти факторы играют важную роль в привлечении воспалительных клеток, способствуют формированию и заживлению костной ткани, а также регулируют ангиогенез и остеогенез, которые имеют решающее значение для её регенерации. Тканевая гипоксия, возникающая в результате нарушения целостности сосудов в месте повреждения, является важным фактором для мобилизации и прикрепления МСК в очаге. Индуцируемый гипоксией фактор 1 альфа (HIF-1α) и фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), высвобождающиеся в ответ на гипоксию, способствуют реваскуляризации зоны повреждения и повышению перфузии, а также выступают в качестве хемоаттрактантов для МСК.

Представители семейств трансформирующего фактора роста (TGF) и костных морфогенетических белков (BMP) влияют на все этапы заживления кости, включая рекрутирование МСК, инфильтрацию в очаг поражения, дифференцировку, формирование и ремоделирование хряща и кости [12]. В области, прилегающей к повреждённой кости, существует локальная ниша МСК, расположенная в костном мозге и периваскулярно — в соединительной ткани. Кроме того, возможно привлечение МСК из более отдалённых областей за счёт хемотаксиса. В таких условиях сложно визуализировать и дифференцировать дополнительные терапевтически введённые МСК, изучить их роль и судьбу, а также выбрать подходящий метод визуализации для непрерывного мониторинга применения стволовых клеток во время терапии. Современные подходы к неинвазивной визуализации для отслеживания стволовых клеток in vivo включают магнитные частицы, радионуклиды, квантовые точки и репортерные гены [13].

В этом исследовании мы получили МСК из жировой ткани крыс и пометили их жизненно важным флуоресцентным красителем. Был создан критический дефект в теменной кости крысы, и меченые МСК были пересажены на носитель из коллагенового остеопластического материала. Для динамического наблюдения за процессом миграции МСК мы использовали систему флуоресцентной визуализации in vivo [14]. Это объясняется схемой эксперимента (рис. 1).

 

Рис. 1. Схема эксперимента. IVIS — системы IVIS Spectrum (PerkinElmer, США), DiD — краситель Vybrant DiD (Thermo Fisher Scientific, США), МСК — мезенхимальные стволовые клетки.

 

Такой подход позволяет исследователям получить представление о роли МСК в регенерации тканей, что способствует разработке эффективных методов лечения на основе МСК для восстановления и регенерации костей. Улучшая понимание миграции, дифференцировки и интеграции МСК, мы сможем оптимизировать клиническое применение и повысить терапевтический потенциал этих универсальных клеток в регенерации костной ткани и в других областях регенеративной медицины. Мы использовали модель критического дефекта теменной кости крысы, которая применяется для изучения эффективности и безопасности различных остеопластических материалов, клеточных продуктов и новых технологий костной пластики.

ЦЕЛЬ

Изучение миграционного поведения МСК из области локального введения в область повреждения и их участия в восстановлении тканей при дентальной имплантации.

МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Проведено рандомизированное контролируемое экспериментальное лабораторное исследование in vivo.

Условия проведения исследования

Эксперименты выполнены в лаборатории Центра биомедицинской микроскопии при кафедре морфологии и общей патологии Института фундаментальной медицины и биологии Казанского (Приволжского) федерального университета. Длительность эксперимента составила 14 дней.

Описание вмешательства

Создание дефектов теменной кости у крыс. Исследование проводили на 8 крысах-самцах Sprague Dawley массой 350–400 г в возрасте 6 мес [15]. Животным выполняли операции по созданию дефектов теменной кости с последующей имплантацией в них остеопластических материалов и с трансплантацией МСК (см. «Получение МСК») либо без имплантации каких-либо материалов и без трансплантации МСК. После депиляции и антисептической обработки операционного поля делали срединный вертикальный разрез в волосистой части головы, последовательно обнажая теменные кости, удаляли надкостницу. По бокам от сагиттального шва на теменной кости формировали круглое отверстие с помощью C-образной фрезы из набора SLA Kit диаметром 5 мм (Neobiotech, Корея). В образовавшемся костном дефекте проводили манипуляции (например, имплантацию остеопластического материала).

После операции мягкие ткани и кожу послойно сшивали, а шов обрабатывали 70% этанолом. Для профилактики послеоперационных инфекционных осложнений однократно вводили цефтриаксон в дозе 50 мг/кг массы тела. После операции животные содержались в стандартных клетках вивария, по 2–3 особи в клетке, со свободным доступом к пище и воде и режимом день/ночь 12/12 ч.

Получение МСК. Перед началом эксперимента отдельную группу крыс (n=2) эвтаназировали 5% воздушно-изофлурановой смесью (Karizoo, Испания). После эвтаназии подкожную жировую ткань собирали, механически измельчали ножницами и инкубировали с 0,1% раствором крабовой коллагеназы («БиолоТ», Россия) в течение 1 ч при температуре 37 ℃. Полученный гомогенат центрифугировали в течение 5 мин при 300 g, удаляли супернатант и промывали осадок центрифугированием в растворе Дульбекко. Осадок, содержащий МСК, ресуспендировали в питательной среде «Альфа-MEM» с добавлением 10% фетальной бычьей сыворотки и культивировали при 37 ℃ в увлажнённой атмосфере с 5% CO2 для получения препаративных количеств МСК. Для подтверждения принадлежности выделенных клеток к МСК их окрашивали антителами к CD73, Thy-1 (CD90), CD105, CD45, CD34 и HLA-DR (все производства BioLegend, США) [16] и исследовали методом проточной цитофлуориметрии с использованием цитофлуориметра Guava easyCyte HT (Millipore, США).

Трансплантация полученных МСК и их визуализация. Для трансплантации 8 крысам-самцам Sprague Dawley использовали МСК не более 5-го пассажа. Клетки извлекали из культурального планшета с помощью 0,25% раствора трипсина/ЭДТА («ПанЭко», Россия) и маркировали флуоресцентным мембранным красителем Vybrant DiD (Thermo Fisher Scientific, США) в соответствии с протоколом производителя. Визуализацию флуоресценции проводили с помощью системы IVIS Spectrum (PerkinElmer, США) (рис. 2). Каждый раз перед получением флуоресцентных изображений in vivo животных анестезировали 5% воздушно-изофлурановой смесью, чтобы исключить артефакты движения.

 

Рис. 2. Фотография микропробирки с мезенхимальными стволовыми клетками, окрашенными красителем Vybrant DiD (Thermo Fisher Scientific, США), полученная с помощью системы IVIS Spectrum (PerkinElmer, США) в режиме трансмиссионной флуоресцентной детекции.

 

По данным производителя, красители Vybrant нецитотоксичны. Предыдущие исследования показали, что МСК, меченные красителями Vybrant, успешно проходят остеогенную дифференцировку [17].

В качестве носителя МСК и остеокондуктивного скаффолда использовали резорбируемую коллагеновую мембрану «Биопласт-Дент» («ВладМиВа», Россия). Мембрана предназначена для создания механического барьера, препятствующего миграции мягких тканей в костный дефект, и для заполнения костного дефекта. Её использование создаёт оптимальные условия для направленной регенерации костной ткани. Материал полностью резорбируется без фиброзной дегенерации. По данным сравнительных исследований [18], наиболее близкими аналогами являются Соllprotect membrane (Botiss Biomaterials, Германия), OsteoBiol Evolution (OsteoBiol by Tecnoss, Италия), Bio-Gide (Geistlich, Швейцария). Мембрана «Биопласт-Дент» соответствует требованиям российских и международных стандартов ISO 13485 2003 и ISO 9001-2011. Ранее была установлена клиническая эффективность и безопасность материала «Биопласт-Дент» для замещения костных дефектов [19].

Размер и форма остеопластического материала соответствовали параметрам сформированного костного дефекта (круг диаметром 5 мм), толщина мембраны составляла 0,3 мм. Фибриновый клей Tissucol (Baxter Healthcare GmbH, Австрия) использовали для предотвращения вытекания МСК из скаффолда и для фиксации скаффолда в области костного дефекта. Один миллион клеток МСК ресуспендировали в 10 мкл фибринового клея и наносили на каждый скаффолд непосредственно перед имплантацией.

Миграция МСК. Процесс миграции флуоресцентно-меченых МСК в каждой группе отслеживали на 1, 3, 5, 7, 9, 14-й дни эксперимента с помощью системы визуализации IVIS Spectrum in vivo в режиме трансмиссионной детекции флуоресценции в соответствии со спектром излучения используемого красителя. Длительность эксперимента соответствует исследованию C. Weir и соавт. [20], которые продемонстрировали, что CM-DiI (аналог DiD) проявляет детектируемую in vivo флуоресценцию в меченых МСК через две недели после имплантации МСК (результаты представлены в виде фотографий).

Исходы исследования

Основной исход исследования. Процесс миграции флуоресцентно-меченых МСК в каждой группе отслеживали на 1, 3, 5, 7, 9, 14-й дни эксперимента с помощью системы визуализации IVIS Spectrum in vivo в режиме трансмиссионной детекции флуоресценции в соответствии со спектром излучения используемого красителя.

Дополнительные исходы исследования. Дополнительным исходом исследования стало визуальное сравнительное изучение полученных макрофотографий перемещения клеток в обеих группах животных.

Методы регистрации исходов. Для подтверждения принадлежности выделенных клеток к МСК их окрашивали антителами к CD73, Thy-1 (CD90), CD105, CD45, CD34 и HLA-DR (все от BioLegend, США) [16] и исследовали методом проточной цитофлуориметрии с использованием цитофлуориметра Guava easyCyte HT (Millipore, США). Визуализацию флуоресценции проводили с помощью системы IVIS Spectrum (PerkinElmer, США).

Анализ в подгруппах

В соответствии с целью исследования животных разделили на две группы (n=4), в каждой из которых было по 3 опытных крысы (A, B, C) и 1 контрольная (D). МСК, полученные из жировой ткани крыс, были помечены флуоресцентным красителем и трансплантированы в область критического костного дефекта в теменной кости крысы.

Крысы 1-й группы получили по одному дефекту в каждой теменной кости (всего 2 дефекта). Остеопластический материал с мечеными МСК помещали в правый дефект, а материал, пропитанный 0,9% раствором хлорида натрия, — в левый костный дефект (рис. 3). У контрольной крысы D 1-й группы были получены модели критических дефектов теменной кости с обеих сторон без последующего размещения каких-либо материалов и без трансплантации МСК.

 

Рис. 3. Критические костные дефекты в теменных костях: слева — «пустой» дефект (стрелка), справа — дефект, заполненный остеопластическим материалом с мечеными мезенхимальными стволовыми клетками (стрелка).

 

У крыс 2-й группы один критический дефект черепа был сформирован с правой стороны от сагиттального шва на теменных костях. В него помещали остеопластический материал и вводили меченые МСК; левая теменная кость осталась интактной. У контрольной крысы D 2-й группы смоделирован критический дефект на правой теменной кости без установки каких-либо материалов и введения МСК.

Статистические процедуры

Эксперимент не является количественным, какой-либо статистический метод не использовался.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Основные результаты исследования

Клетки, выделенные из жировой ткани крысы, соответствовали критериям МСК, а именно: имели фибробластоподобную морфологию, прилипали к культуральной пластине, демонстрировали не менее 95% положительного окрашивания антителами к CD73, Thy-1 (CD90) и CD105 и менее 5% положительного окрашивания антителами к CD45, CD34 и HLA-DR. Этот результат соответствует минимальным критериям определения мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток, установленным Международным обществом клеточной терапии [21].

В период наблюдения с помощью системы IVIS Spectrum у всех подопытных крыс 1-й группы наблюдалось флуоресцентное свечение МСК в области их трансплантации в критический дефект черепа правой теменной кости на протяжении всего 14-дневного периода наблюдения. Мы также наблюдали постепенное перемещение части очага флуоресценции МСК из области правого дефекта в левый контрольный (пропитанный 0,9% раствором хлорида натрия) дефект с сохранением преобладающей флуоресценции в правом дефекте (рис. 4). У контрольной крысы D из 1-й группы в течение периода наблюдения не зарегистрировано ни одного источника флуоресценции (рис. 5).

 

Рис. 4. Визуализация флуоресцентно-меченых мезенхимальных стволовых клеток (стрелки) с помощью системы IVIS Spectrum (PerkinElmer, США) у крыс A, B, C 1-й группы на 1-е (a), 3-и (b), 5-е (c), 7-е (d), 9-е (e), 14-е (f) сутки.

 

Рис. 5. Визуализация аутофлуоресценции с помощью системы IVIS Spectrum (PerkinElmer, США): 1-я группа — в 1-й (a), 7-й (b), 14-й (c) дни наблюдения у контрольной крысы D; 2-я группа — в 1-й (d), 7-й (e), 14-й (f) дни наблюдения у контрольной крысы D.

 

Во 2-й группе крыс (рис. 6) флуоресценция МСК обнаружена только в области критического дефекта правой теменной кости, на левой стороне флуоресценции не наблюдалось. Таким образом, признаков распространения меченых МСК за пределы единичного сформированного костного дефекта, куда первоначально был помещён остеопластический материал с МСК, не отмечено. У контрольной крысы D из 2-й группы (рис. 5, d, e, f) не обнаружено свечения на протяжении 14 дней.

 

Рис. 6. Визуализация флуоресцентно-меченых мезенхимальных стволовых клеток (стрелки) с помощью системы IVIS Spectrum (PerkinElmer, США) у крыс A, B, C 2-й группы на 1-е (a), 3-и (b), 5-е (c), 7-е (d), 9-е (e), 14-е (f) сутки.

 

Нежелательные явления

Нежелательных явлений не зарегистрировано.

ОБСУЖДЕНИЕ

Потенциальное использование МСК для регенерации и восстановления тканей было широко изучено и продемонстрировало многообещающие результаты при лечении костных дефектов. МСК показывают иммуномодулирующие свойства и способность дифференцироваться в различные типы клеток, что делает их ценным ресурсом для тканевой инженерии и регенеративной медицины, особенно для регенерации костной ткани. В последние годы стволовые клетки стали использоваться в регенеративной медицине с интересными результатами благодаря их способности к самообновлению и дифференцировке [22]. Предыдущие исследования показали, что МСК могут способствовать эффективной регенерации костной ткани и восстанавливать повреждённые ткани на животных моделях и у пациентов. Более того, установлена эффективность системного введения МСК при лечении костных дефектов, что демонстрирует их способность мигрировать из кровотока к месту повреждения [23].

Однако способность МСК мигрировать из одного места повреждения кости в другое после локального введения в один из дефектов изучена недостаточно. Наше исследование позволило устранить этот пробел с помощью флуоресцентной визуализации in vivo для мечения МСК с использованием Vybrant DiD — флуоресцентного мембранного красителя дальнего красного цвета с повышенной тканевой проницаемостью. Данная методика позволила визуализировать специфическую миграцию МСК из зоны имплантации в область противоположного критического дефекта, что указывает на их потенциальное участие в регенерации повреждённых костных тканей не только в месте инъекции/трансплантации, но и в прилегающих костных и других тканях.

Более того, специфичность миграции МСК, наблюдаемая в нашем исследовании, позволяет предположить, что такой процесс связан именно с наличием прилежащего дефекта. Это наблюдение имеет важное практическое значение для лечения костных дефектов, в том числе возникающих в результате высокоэнергетических воздействий, таких как пулевые и осколочные ранения, при которых возможны множественные дефекты и микроповреждения опорно-двигательного аппарата в обширных смежных областях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В исследовании получена важная информация о миграционном поведении МСК и их потенциале для регенерации тканей в контексте костных дефектов. Дальнейшие исследования в этом направлении могут привести к разработке более эффективных методов лечения костных травм и других повреждений тканей. Понимание миграции, дифференцировки и интеграции МСК может оптимизировать клиническое применение и повысить терапевтический потенциал этих универсальных клеток в регенерации костной ткани и других областях регенеративной медицины.

В сложной «оркестровке» процессов восстановления тканей МСК стали ключевыми игроками, используя свой терапевтический потенциал благодаря многогранному набору механизмов. Главным из них является высокая иммуномодулирующая способность, благодаря которой МСК регулируют иммунные реакции, подавляют чрезмерное воспаление и способствуют созданию благоприятной среды для заживления тканей. Кроме того, МСК оказывают трофическое воздействие, выделяя богатый набор факторов роста и цитокинов, которые стимулируют пролиферацию, миграцию и дифференцировку местных клеток, обеспечивая тем самым регенерацию тканей. Их антибактериальные свойства также способствуют восстановлению тканей, поскольку МСК могут бороться с микробными инфекциями и поддерживать благоприятную для заживления микросреду. Ещё одним важным аспектом является антифибротическое действие МСК, поскольку они уменьшают отложение избыточной рубцовой ткани, обеспечивая восстановление её архитектуры. Наконец, их проангиогенный потенциал способствует неоваскуляризации, необходимой для адекватного снабжения регенерирующих тканей кислородом и питательными веществами. В совокупности эти универсальные функции подчёркивают ключевую роль МСК в расширении границ регенеративной медицины и открывают большие перспективы для терапевтического применения этих клеток в различных клинических сценариях.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. И.Р. Хафизов — проведение хирургических этапов исследования; Ф.А. Хафизова — разработка методологии, написание и редактирование статьи; Е.Ю. Закирова — выделение МСК из жировой фракции животных; М.Н. Журавлева — подготовка МСК с окрашиванием; Э.М. Биктагирова — исследование результатов на флюоресцентном аппарате; А.А. Ризванов — статистический анализ полученных данных с интерпретацией результатов исследования. Все авторы одобрили рукопись (версию для публикации), а также согласились нести ответственность за все аспекты настоящей работы, гарантируют надлежащее рассмотрение и решение вопросов, связанных с точностью и добросовестностью любой её части.

Этическая экспертиза. В эксперименте соблюдались правила гуманного обращения с животными, регламентированные Приказом Министерства здравоохранения РФ № 267 от 19.06.2003 «Об утверждении правил лабораторной практики». Работа одобрена Локальным этическим комитетом ФГ БОУ ВО «Казанский федеральный университет» (протокол № 66 от 19.06.2017).

Источники финансирования. Отсутствуют.

Раскрытие интересов. Авторы заявляют об отсутствии отношений, деятельности и интересов (личных, профессиональных или финансовых), связанных с третьими лицами (коммерческими, некоммерческими), интересы которых могут быть затронуты содержанием статьи.

Оригинальность. При создании настоящей работы авторы не использовали ранее опубликованные сведения (текст, иллюстрации, данные).

Доступ к данным. Все данные, полученные в настоящем исследовании, доступны в статье.

Генеративный искусственный интеллект. При создании настоящей статьи технологии генеративного искусственного интеллекта не использовали.

Рассмотрение и рецензирование. Настоящая работа подана в журнал в инициативном порядке и рассмотрена по обычной процедуре. В рецензировании участвовали два внешних рецензента, член редакционной коллегии и научный редактор издания.

ADDITIONAL INFORMATION

Author contributions: I.R. Khafizov: investigation (surgery); F.A. Khafizova: methodology, writing—original draft, writing—review & editing; E.Yu. Zakirova: investigation (MSC isolation from the adipose tissue of rats); M.N. Zhuravleva: investigation (MSC staining); E.M. Biktagirova: investigation (fluorescence imaging); A.A. Rizvanov: formal analysis (statistical analysis and interpretation of results). All the authors approved the version of the manuscript to be published and agreed to be accountable for all aspects of the work, ensuring that questions related to the accuracy or integrity of any part of the work are appropriately investigated and resolved.

Ethics approval: The experiment was performed in accordance with the animal welfare regulations outlined in Order of the Ministry of Health of the Russian Federation No. 267 On Approval of the Rules of Laboratory Practice, dated June 19, 2003. The work was approved by the Local Ethics Committee of Kazan Federal University (Minutes No. 66 dated June 19, 2017).

Funding sources: No funding.

Disclosure of interests: The authors have no relationships, activities, or interests for the last three years related to for-profit or not-for-profit third parties whose interests may be affected by the content of the article.

Statement of originality: No previously obtained or published material (text, images, or data) was used in this work.

Data availability statement: All data obtained in this study are available in this article.

Generative AI: No generative artificial intelligence technologies were used to prepare this article.

Provenance and peer-review: This paper was submitted unsolicited and reviewed following the standard procedure. The peer-review process involved two external reviewers, a member of the Editorial Board, and the in-house science editor.

×

About the authors

Irek R. Khafizov

Kazan (Volga Region) Federal University

Author for correspondence.
Email: khafizovirek@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4077-2788
SPIN-code: 9973-5280

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Kazan

Fanilya A. Khafizova

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: fanilyakhafizova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1262-5513
SPIN-code: 5613-7720

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Kazan

Elena Yu. Zakirova

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: lenahamzina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6750-640X
SPIN-code: 4022-8554

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Kazan

Margarita N. Zhuravleva

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: MNZhuravleva@kpfu.ru
ORCID iD: 0000-0001-8592-5325
SPIN-code: 8306-5622

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Kazan

Elnara M. Biktagirova

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: EMBiktagirova@kpfu.ru
ORCID iD: 0000-0003-1455-5544
SPIN-code: 6575-0764

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Kazan

Albert A. Rizvanov

Kazan (Volga Region) Federal University; Tatarstan Academy of Sciences

Email: Albert.Rizvanov@kpfu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9427-5739
SPIN-code: 7031-5996

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, Kazan; Kazan

References

  1. Katina MN, Gaifullina RF, Hayatova ZG, et al. Isolation, culture and differentiation of rat (rattus norvegicus) and hamster (mesocricetus auratus) adipose derived multipotent mesenchymal stromal cells. Kletochnaja transplantologija i tkanevaja inzhenerija. 2012;7(3):82–87. doi: 10.12891/2227-6587-2012-7-3-82-87 EDN: PRDGGH
  2. Khairutdinova AR, Khafizova FA, Mirgazizov MZ. Use of stromal vascular fraction cells from adipose tissue to replace segmental defect of dog’’s alveolar crest: experimental case. Genes & Cells. 2015;10(4):110–113. doi: 10.11266/2077-6352-2015-10(4)-110-113 EDN: WCLIXD
  3. Cheah CW, Al-Namnam NM, Lau MN, et al. Synthetic material for bone, periodontal, and dental tissue regeneration: where are we now, and where are we heading next? Materials (Basel). 2021;14(20):6123. doi: 10.3390/ma14206123 EDN: AYPNQB
  4. Mishchenko O, Yanovska A, Kosinov O, et al. Synthetic calcium-phosphate materials for bone grafting. Polymers (Basel). 2023;15(18):3822. doi: 10.3390/polym15183822 EDN: BCLRWJ
  5. Zhao D, Zhu T, Li J, et al. Poly(lactic-co-glycolic acid)-based composite bone-substitute materials. Bioact Mater. 2020;6(2):346–360. doi: 10.1016/j.bioactmat.2020.08.016 EDN: KBDDIL
  6. Li J, Cui X, Hooper GJ, et al. Rational design, bio-functionalization and biological performance of hybrid additive manufactured titanium implants for orthopaedic applications: A review. J Mech Behav Biomed Mater. 2020;105:103671. doi: 10.1016/j.jmbbm.2020.103671 EDN: WYLLOO
  7. Zhang T, Li J, Wang Y, et al. Hydroxyapatite/polyurethane scaffolds for bone tissue engineering. Tissue Eng Part B Rev. 2024;30(1):60–73. doi: 10.1089/ten.TEB.2023.0073 EDN: ACLCVE
  8. Manescu A, Giuliani A, Mohammadi S, et al. Osteogenic potential of dualblocks cultured with human periodontal ligament stem cells: in vitro and synchrotron microtomography study. J Periodontal Res. 2016;51(1):112–124. doi: 10.1111/jre.12289 EDN: WTAFDP
  9. Liu J, Zhou P, Smith J, et al. A plastic β-tricalcium phosphate/gelatine scaffold seeded with allogeneic adipose-derived stem cells for mending rabbit bone defects. Cell Reprogram. 2021;23(1):35–46. doi: 10.1089/cell.2020.0031 EDN: YLXIBY
  10. Fu X, Liu G, Halim A, et al. Mesenchymal stem cell migration and tissue repair. Cells. 2019;8(8):784. doi: 10.3390/cells8080784
  11. Walters G, Pountos I, Giannoudis PV. The cytokines and micro-environment of fracture haematoma: Current evidence. J Tissue Eng Regen Med. 2018;12(3):e1662–e1677. doi: 10.1002/term.2593
  12. López-Valverde N, Aragoneses J, López-Valverde A, et al. Role of BMP-7 on biological parameters osseointegration of dental implants: Preliminary results of a preclinical study. Front Bioeng Biotechnol. 2023;11:1153631. doi: 10.3389/fbioe.2023.1153631
  13. Tong L, Zhao H, He Z, Li Z. Current perspectives on molecular imaging for tracking stem cell therapy. In: Medical Imaging in Clinical Practice. Intech; 2013. doi: 10.5772/53028
  14. Cheng MA, Farmer E, Huang C, et al. Therapeutic DNA vaccines for human papillomavirus and associated diseases. Hum Gene Ther. 2018;29(9):971–996. doi: 10.1089/hum.2017.197
  15. Zakirova EY, Zhuravleva MN, Masgutov RF, et al. Isolation, analysis and application of authogenic adipose derived multipotential mesenchymalstromal cells from dog for therapy pseudoarthrosis of tibial boneg. Genes & Cells. 2014;IX(3):70–75 doi: 10.23868/gc120310
  16. Zakirova EY, Masgutov RF, Naumenko EA, et al. Application of allogenic adipose-derived multipotent mesenchymal stromal cells from cat for tibial bone pseudoarthrosis therapy (case report). BioNanoScience. 2017;7(1):207–211 doi: 10.1007/s12668-016-0306-x EDN: YVOOJH
  17. Aslan H, Zilberman Y, Kandel L, et al. Osteogenic differentiation of noncultured immunoisolated bone marrow-derived CD105+ cells. Stem Cells. 2006;24(7):1728–1737. doi: 10.1634/stemcells.2005-0546
  18. Mikhailovsky AA, Kulakov AA, Korolev VM, Vinnichenko OIu. Clinical and radiological study on tissue regeneration after alveolar bone augmentation with various osteoplastic materials and membranes. Stomatology. 2014;93(4):37–40. (In Russ.) EDN: SWMYXF
  19. Romanenko A, Chuev V, Buzov A, et al. Clinical evaluation of osteoplastic material bioplast-dent (a review). Clinical Dentistry (Russia). 2020;(2):46–54. doi: 10.37988/1811-153X_2020_3_93 EDN: OQNCYV
  20. Weir C, Morel-Kopp MC, Gill A, et al. Mesenchymal stem cells: isolation, characterisation and in vivo fluorescent dye tracking. Heart Lung Circ. 2008;17(5):395–403. doi: 10.1016/j.hlc.2008.01.006
  21. Dominici M, Le Blanc K, Mueller I, et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 2006;8(4):315–317. doi: 10.1080/14653240600855905
  22. Iaquinta MR, Mazzoni E, Bononi I, et al. Adult stem cells for bone regeneration and repair. Front Cell Dev Biol. 2019;7:268. doi: 10.3389/fcell.2019.00268 EDN: LQFZWF
  23. Fu J, Wang Y, Jiang Y, et al. Systemic therapy of MSCs in bone regeneration: a systematic review and meta-analysis. Stem Cell Res Ther. 2021;12(1):377. doi: 10.1186/s13287-021-02456-w

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Experimental scheme. IVIS — IVIS Spectrum systems (PerkinElmer, USA), DiD — Vybrant DiD dye (Thermo Fisher Scientific, USA), MSCs — mesenchymal stem cells.

Download (271KB)
3. Fig. 2. Photograph of a microtube with mesenchymal stem cells stained with Vybrant DiD dye (Thermo Fisher Scientific, USA), obtained using the IVIS Spectrum system (PerkinElmer, USA) in transmission fluorescence detection mode.

Download (131KB)
4. Fig. 3. Critical bone defects in the parietal bones: on the left is an “empty” defect (arrow), on the right is a defect filled with osteoplastic material with labeled mesenchymal stem cells (arrow).

Download (155KB)
5. Fig. 4. Visualization of fluorescently labeled mesenchymal stem cells (arrows) using the IVIS Spectrum system (PerkinElmer, USA) in rats A, B, C of the 1st group on the 1st (a), 3rd (b), 5th (c), 7th (d), 9th (e), 14th (f) day.

Download (217KB)
6. Fig. 5. Visualization of autofluorescence using the IVIS Spectrum system (PerkinElmer, USA): Group 1 - on days 1 (a), 7 (b), 14 (c) of observation in control rat D; Group 2 - on days 1 (d), 7 (e), 14 (f) of observation in control rat D.

Download (238KB)
7. Fig. 6. Visualization of fluorescently labeled mesenchymal stem cells (arrows) using the IVIS Spectrum system (PerkinElmer, USA) in rats A, B, C of the 2nd group on the 1st (a), 3rd (b), 5th (c), 7th (d), 9th (e), 14th (f) day.

Download (219KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 86295 от 11.12.2023 г
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ЭЛ № ФС 77 - 80635 от 15.03.2021 г
.