Influence of combined transplantation of multipotent mesenchymal stromal cells and stellate liver cells on its morphofunctional state after partial hepatectomy

The aim of the study was to study the changes in the morphofunctional state of the liver after the combined transplantation of multipotent mesenchymal stromal (MMSC) and stellate liver cells (ZCP) in animals with partial hepatectomy.

Materials and methods. The MMSC culture was isolated from the placental chorion of 5 laboratory animals f female mice aged 3-4 months, weighing 22-23 g, gestation period of 18 days. The mononuclear fraction of the cells was obtained by sequential mechanical and enzymatic treatment of the placental tissue. The cultivation of MMSCs was carried out in a CO2 incubator at a temperature of 37 ⁰C with a carbon dioxide content of 5% and a humidity of 90%. ZCP was isolated by collagenase-pronase perfusion of the liver, followed by cell separation in the histodense density gradient. MMSCs of the 3rd passage were introduced, and ZKP was introduced immediately after isolation. MMSCs at a dose of 4 million cells/kg and ZCP at a dose of 9 million cells/ kg were used for transplantation to labotory animals. The cells were injected 1 hour after partial hepatectomy. The biochemical parameters of peripheral blood and morphometric parameters of the liver were evaluated on the 3rd, 7th day after the administration of MMSC.

Results. As a result of the study, it was found that the combined transplantation of MMSC and ZCP after partial hepatectomy leads to the restoration of the level of enzymes that characterize cytolysis and cholestasis, normalization of the protein-synthetic function of the liver, normalization morphometric parameters of the liver. A significant mechanism for restoring the morphofunctional state of the liver can be considered the influence of transplanted MMSCs and ZCP on the cell repair system, which leads to a decrease in the severity of programmed cell death of hepatocytes and the level of pathological mitoses.

Discussion. Combined transplantation of MMSCs and HCP after partial hepatectomy leads to an increase in the level of hepatocyte growth factor (HGF), thus contributing to an se in the mitotic activity of hepatocytes and the restoration of liver mass. The transplanted cells also, by increasing the activity of DNA repair enzymes of the PARP family, lead to a decrease in the level of pathological mitoses, inhibition of their programmed cell death.

Conclusions. The conducted studies demonstrate the ability of combined MMSC and PCR transplantation to restore the morphofunctional state of the liver after partial hepatectomy and provide the basis for conducting pilot clinical studies

1. Александров, В. Н. Клеточные технологии и путь в клинику / В. Н. Александров, А. С. Бунтовская, А. А. Кокорина [и др.] // Известия Российской Военно-медицинской академии. – 2018. – Т. 37, № 4. – С. 9–14.

2. Prockop, D. J. The exciting prospects of new therapies with mesenchymal stromal cells / D. J. Prockop // Cytotherapy. – 2017. – Vol. 19, № 1. – P. 1–8.

3. WHOWorld health statistics 2016: monitoring health for the SDGs, sustainable development goals. WorldHealthOrganization, Geneva. – 2016.

4. Underestimation of liver–related mortality in the United States / K. Asrani, J. J. Larson, B. Yawn [et al.] // Gastroenterology. – 2013. – Vol. 145, №. 2. – P. 375–382.

5. Изменения микроструктуры печени после частичной гепатэктомии у крыс / И. М. Газизов, М. С. Калигин, Д. И. Андреева [и др.] // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. – 2013. – Т. 8, № 3. – С. 101–105.

6. Регуляция пролиферации гепатоцитов после субтотальной резекции печени крыс / А. В. Ельчанинов, А. В. Макаров, И. Г. Воробьева [и др.] // Гены & Клетки. – 2018. – Т. XIII, № 4. – С. 37–42.

7. Экспериментальные модели острой печеночной недостаточности / В. С. Рудаков, С. Э. Восканян, И. И. Еремин [и др.] // Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. – 2015. – № 4. – 138–144.

8. Alwahsh, S. M. Liver cell therapy: is this the end of the beginning? / S. M. Alwahsh, H. Rashidi, D. C. Hay // CellularandMolecular Life Sciences. – 2018. – Vol. 75 (8). – P. 1307–1324.

9. Boyd, A. The role of stem cells in liver injury and repair / A. Boyd, Ph. Newsome, W. Lu // Expert Review of Gastroenterology & Hepatology. – 2019. – Vol. 13 (7). – P. 623–531.

10. Forbes, S. J. Liver Regeneration – Mechanisms and Models to Clinical Application / S. J. Forbes, Ph. N. Newsome // Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. – 2016. – Vol. 13 (85). – P. 473–485.

11. Mesenchymal Stem Cells: Cell Therapy and Regeneration Potential / Ch. Brown, Ch. McKee, Sh. Bakshi [et al.] // Journal of Tissue EngineeringandRegenerative Medicine. – 2019. – Vol. 13 (9). – P. 1738–1755.

12. Mesenchymal Stem Cells: Identification, Phenotypic Characterization, Biological Properties and Potential for Regenerative Medicine Through Biomaterial Micro–Engineering of Their Niche / J. Kobolak, A. Dinnyes, A. Memic [et al.] // Methodsin Cell Science. – 2016. – Vol. 99. – P. 62–68.

13. Влияние трансплантации мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток на морфометрические показатели печени зрелых и старых лабораторных животных в условиях токсического гепатита / И. Ю. Маклакова, Д. Ю. Гребнев, В. Ч. Юсупова, Е. М. Петрунина // Морфология. – 2020. – Т. 157, № 1. – С. 55–60.

14. Hu, C. Preconditioning influences mesenchymal stem cell properties in vitro and in vivo / C. Hu, L. Li. // Journal of Cellular and Molecular Medicine. – 2018. – Vol. 22 (3). – P. 1428–1442.

15. Mesenchymal stromal cell therapy for liver diseases / M. Alfaifi, Y. W. Eom, P. N. Newsome [et al.] // Journal of Hepatology. – 2018. – Vol. 68. – P. 1272–1285.

16. Маклакова, И. Ю. Коррекция морфофункционального состояния печени при остром гепатите с помощью стволовых клеток / И. Ю. Маклакова, Д. Ю. Гребнев // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. – 2020. – № 64 (2). – С. 46–53.

17. Маклакова, И. Ю. Влияние сочетанной трансплантации мультипотентных мезенхимальных стромальных и гемопоэтических стволовых клеток на регенерацию гемопоэтической ткани / И. Ю. Маклакова, Д. Ю. Гребнев // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2017. – Т. 163, № 1. – С. 73 – 77.

18. ChristB. The Therapeutic Promise of Mesenchymal Stem Cells for Liver Restoration / B. Christ, S. Brückner, S. Winkler // Trends in Molecular Medicine. – 2016. – Vol. 21 (11). – P. 673–686.

19. Трансплантированные звёздчатые клетки печени участвуют в регенерации органа после частичной гепатэктомии без риска развития фиброза печени / Шафигуллина А. К., Гумерова А. А., Трондин А. А. [и др.] // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. – 2012. – Том VII, № 3.

20. Gazdic, M. Mesenchymal Stem Cell–Dependent Modulation of Liver Diseases / M. Gazdic, A. Arsenijevic, B. Markovic // Int J Biol Sci. – 2017. – Vol. 13 (9). – P. 1109–1117.

21. Hepatic stellate cells stimulate hepatocyte differentiation of rat`s bone marrow derived mesenchymal stem cells in vitro / Gumerova A. A., Shafigullina A. K., Trondin A. A. [et al.] // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. – 2011. – Т. 6, № 4. – С 72–81.

22. Hepatic stellate cells contribute to progenitor cells and liver regeneration / Kordes C., Sawitza I., Gotze S. [et al.] // Journal of Clinical Investigation. – 2014. – Vol. 124 (12). – Р. 5503-15. – Doi: 10.1172/JCI74119.

23. Hepatic stellate clls in liver development, regeneration, and cancer / C. Yin, K. J. Evason, K. Asahina, D. Y. Stainier // Journal of Clinical Investigation. – 2013. – Vol. 123, № 5. – Р. 1902–1910.

24. Mitchell, C. A reproducible and well-tolerated method for 2/3 partial hepatectomy in mice / C. Mitchell, H. Willenbring // Nature protocols– 2008. – Vol. 3, № 7. – P. 1167–1171. – Doi: 10.1038/nprot.2014.122.

25. Баглей, Е. А. Изучение генотоксичностиципроконазола в микроядерном тесте на гепатоцитах и эритроцитах костного мозга мышей / Е. А. Баглей, Н. Н. Недопитанская, В. С. Лисовская // Украинский журнал современных проблем токсикологии. – 2014. – № 1-2. – С. 64-65.

26. Flow-cytometric assessment of cellular poly(ADP–ribosyl)ation capacity in peripheral blood lymphocytes / A. Kunzmann, D. Lui, K. Annett [at al.] // Immunity & Ageing. – 2006. – Vol. 3. – Р. 8. – Doi: 10.1186/1742-4933-3-8.

27. Оценка морфофункциональных изменений печени после ее резекции на фоне введения мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в условиях старения организма / В. Ч. Вахрушева, И. Ю. Маклакова, Д. Ю. Гребнев [и др.] // Вестник уральской медицинской академической науки. – 2020. – Т. 17, №1. – С. 89–97. – Doi: 10.22138/2500-0918-2020-17-1-89-97.

28. Влияние трансплантации мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток на биохимческие показатели крови после резекции печени у зрелых и старых лабораторных животных / Успехи геронтологии // И. Ю. Маклакова, Д. Ю. Гребнев, В. Ч. Юсупова [и др.]. – 2018. – Т.31, № 6. – С. 933–936.

29. Caplan, AI. Mesenchymal stem cells: time to change the name! / A. I. Caplan // Stem Cells Translational Medicine. – 2017. – Vol. 6, №. 6. – P. 1445–1451.

30. Вахрушева В. Ч. Патофизиологическое обоснование использования плацентарных мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток при повреждении печени в зрелом и старом организме : дис. … кандидата мед. наук : 14.03.03 Патологическая физиология / Вахрушева Виктория Чаукатовна; Уральский государственный медицинский университет. – Екатеринбург, 2020 – 175 с.