Record Details

Cellular neuroprotection as a modern treatment approach for optic neuropathy

Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title Cellular neuroprotection as a modern treatment approach for optic neuropathy
Клеточная нейропротекция как современный подход к лечению оптических нейропатий
 
Creator S. Borzenok A.; The S.N. Fyodorov Eye Microsurgery Complex of the Ministry of Healthcare of Russian Federation

A.I. Evdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry
M. Khubetsova Kh.; The S.N. Fyodorov Eye Microsurgery Complex of the Ministry of Healthcare of Russian Federation
I. Saburina N.; The Institute of General Pathology and Pathophysiology

Russian Medical Academy of Postgraduate Education Studies
N. Gavrilova A.; A.I. Evdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry
Kh. Tonaeva D.; The S.N. Fyodorov Eye Microsurgery Complex of the Ministry of Healthcare of Russian Federation
D. Ostrovskiy S.; The S.N. Fyodorov Eye Microsurgery Complex of the Ministry of Healthcare of Russian Federation
N. Lanevskaya I.; The S.N. Fyodorov Eye Microsurgery Complex of the Ministry of Healthcare of Russian Federation

A.I. Evdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry
N. Kosheleva V.; The Institute of General Pathology and Pathophysiology
I. Zurina M.; The Institute of General Pathology and Pathophysiology
С. Борзенок А.; ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» имени академика С.Н. Федорова» Минздрава России

ФГБОУ ВО «Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова»
М. Хубецова Х.; ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» имени академика С.Н. Федорова» Минздрава России
И. Сабурина Н.; ФГБНУ «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии»

ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия последипломного образования» Минздрава России
Н. Гаврилова А.; ФГБОУ ВО «Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова»
Х. Тонаева Д.; ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» имени академика С.Н. Федорова» Минздрава России
Д. Островский С.; ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» имени академика С.Н. Федорова» Минздрава России
Н. Ланевская И.; ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» имени академика С.Н. Федорова» Минздрава России

ФГБОУ ВО «Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова»
Н. Кошелева В.; ФГБНУ «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии»
И. Зурина М.; ФГБНУ «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии»
 
Subject optic neuropathy; limbal multipotent mesenchymal stem cells; 3D-culture; cellular spheroids; nerve growth factor (NGF); brain-derived neurotrophic factor (BDNF); cell therapy; neuroprotection
оптическая нейропатия;мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки лимба;3D-культуры;клеточные сфероиды;фактор роста нервов (ФРН);нейротрофический фактор головного мозга (НФГМ);клеточная терапия;нейропротекция
 
Description Aim. To develop technology to create 3D-spheroid multipotent mesenchymal stem cells (MMSC) of limbal cadaveric human eyes, capable of safe and long-term secretion of nerve growth factor (NGF) and brain-derived neurotrophic factor (BDNF).Materials and methods. MMSC were obtained by cultivation of limbal fragments, released from cadaveric donor human eye. Cultivation was carried out in DMEM/F12 medium, supplemented with L-glutamine, penicillin, streptomycin, amphotericin B, HEPES, insulin, dexamethasone and 10 vol.% FBS under standard conditions (5% СО2, 37 °C), medium change was performed every 3 days. To determine the phenotype of the received cell culture the method of immunophenotyping by marker proteins to MMSC (CD73, CD105, CD19, CD90, CD133) was used. Stimulation of neurotrophic factor secretion was performed via a twostep procedure. 3D-cell spheroids were created with the help of agarous plates for three groups of comparison, where group I was control group, spheroids of intact 2D-culture MMSK; group II – spheroids of previously induced 2D-culture MMSC; group III – spheroids of 2D-MMSC induced on the 1st day of cultivation. Cell cultures supernatants were selected in different periods for NGF and BDNF follow-up study by ELISA procedure.Results. Induction of 3D-spheroids of limbal MMSC promotes short-term increase of the level of BDNF and NGF, but further, the secretion of these factors significantly decreases. Induction leads to a change in the morphology of spheroids: loss of compactness and emergence of «fringed» (debris). Such changes indicate of frailty of received constructions. Spheroids from previously induced MMSC are capable of stable NTF secretion, but the level of secretion is much less as compared to the control group.Conclusion. 3D-cell culture of intact 2Dculture of limbal MMSC can be considered as cellular medication for a safe and long-term neuroprotection in optic neuropathy treatment.
Цель. Разработать технологию создания 3D-сфероидов мультипотентных мезенхимальных стволовых клеток лимба кадаверных глаз человека, способных к длительной и достаточной секреции фактора роста нервов и нейротрофического фактора головного мозга.Материал и методы. Из кадаверных глаз человека (n = 8) выделялась зона лимба, содержащая наибольшее количество ММСК. Культивирование проводилось в среде: DMEM/F12 (1:1), L-глутамин, пенициллин, стрептомицин, амфотерицин В, HEPES, инсулин, дексаметазон, 10 об. % FBS при стандартных условиях (5% СО2, 37 °C), смена среды проводилась каждые 3 дня. Фенотип полученной культуры клеток изучали методом иммунофенотипирования с использованием набора маркеров к мембранным белкам (CD73, CD105, CD19, CD90, CD133). Стимуляцию секреции нейротрофических факторов проводили по двухэтапной методике с использованием неспецифических факторов активации. 3D-клеточные сфероиды создавали с использованием агарозных планшетов (3D Petri Dishes, Microtissue, США) для трех групп сравнения: I группа – контрольная, сфероиды из интактной 2D-культуры ММСК; II группа – сфероиды из индуцированной 2D-культуры ММСК; III группа – сфероиды из интактной 2D-культуры ММСК, индуцированные на 1-е сутки культивирования. Образцы консервационной среды замораживались при t –80 °С для дальнейшего исследования на содержание в них ФРН и БДНФ методом иммуноферментного анализа.Результаты. Индукция 3D-сфероидов ММСК лимба способствует значительному увеличению продукции ФРН и НФГМ, однако в дальнейшем наблюдается выраженное снижение секреции этих факторов. Проведение индукции приводит к изменению морфологии сфероидов: потере компактности, появлению «бахромчатости» (дебриса). Подобные изменения свидетельствуют о нежизнеспособности полученных конструкций. Сфероиды, созданные из индуцированных ММСК, способны к стабильной секреции НТФ, однако уровень секреции факторов значительно меньше по сравнению с группой контроля.Заключение. 3D-клеточные сфероиды, созданные из 2D-культуры интактных ММСК лимба, могут рассматриваться в качестве клеточного препарата для безопасной и длительной нейропротекции в лечении оптических нейропатий.
 
Publisher V.I.Shumakov Federal Research Center of Transplantology and Artificial Organs
 
Contributor —
—
 
Date 2017-04-14
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
 
Identifier http://journal.transpl.ru/vtio/article/view/735
10.15825/1995-1191-2017-1-63-73
 
Source Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs; Том 19, № 1 (2017); 63-73
Вестник трансплантологии и искусственных органов; Том 19, № 1 (2017); 63-73
2412-6160
1995-1191
10.15825/1995-1191-2017-1
 
Language rus
 
Relation http://journal.transpl.ru/vtio/article/view/735/613
Бровкина АФ, Щуко ГА. О дифференциальной диагностике некоторых видов оптической нейропатии. Клиническая офтальмология (РМЖ). 2008; 1: 30–33. Brovkina AF, Schuko AG. On differentiated diagnostics of some types of optical neuropathy. Klinicheskaja oftal’mologija (RMZh). 2008; 1: 30–33.
Quigley HA, Broman AT. The number of people with glaucoma worldwide in 2010 and 2020. Br. J. Ophthalmol. 2006; 90 (3): 262–267. doi: 10.1136/bjo.2005.081224.
EGS Terminology and Guidelines for Glaucoma (3rd Edition). Italy. DOGMA. 2008. 184 p.
Conforti L, Adalbert R, Coleman MP. Neuronal death: where does the end begin? Trends Neurosci. 2007; 30 (4): 159–166. doi: 10.1016/j.tins.2007.02.004.
Алексеев ВН, Газизова ИР, Никитин ДН. Морфологические особенности центральных отделов зрительного анализатора при экспериментальной глаукоме. Cб. науч. трудов по материалам конференции «Современные технологии диагностики и лечения при поражениях органа зрения». СПб.: ВМедА, 2013: 13–14. Alekseev VN, Gazizova IR, Nikitin DN. Morfologicheskie osobennosti central’nyh otdelov zritel’nogo analizatora pri jeksperimental’noj glaukome. Cb. nauch. trudov po materialam konferencii «Sovremennye tehnologii diagnostiki i lechenija pri porazhenijah organa zrenija ». SPb.: VMedA, 2013: 13–14.
Gupta N, Yucel YH. Glaucoma and the brain. J. Glaucoma. 2001; 10: 28–29. PMID: 11890268.
Garaci FG, Bolacchi F, Cerulli A, Melis M, Spanò A, Cedrone C et al. Optic Nerve and Optic Radiation Neurodegeneration in Patients with Glaucoma: In vivo Analysis with 3-T Diffusion-Tensor MR Imaging. Radiol. 2009; 2: 496–501. doi: 10.1148/radiol.2522081240.
Gupta N, Yucel YH. Glaucoma as a neurodegenerative disease. Curr. Opin. Ophthalmol. 2007; 2: 110–114. doi: 10.1097/ICU.0b013e3280895aea.
Levkovitch-Verbin H; Quigley HA; Kerrigan-Baumrind LA; D’Anna SA; Kerrigan D; Pease ME. Optic Nerve Transection in Monkeys May Result in Secondary Degeneration of Retinal Ganglion Cell. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 2001; 42: 975–982. PMID: 11274074.
Macaya A. Apoptosis in the nervous system. Rev-Neurol. 1996; 135: 1356–1360. PMID: 8974737.
Schwartz M. Neurodegeneration and Neuroprotection in Glaucoma: Development of a Therapeutic Neuroprotective Vaccine. Investigative Ophthalmology & Visual Science (The Friedenwald Lecture). April 2003; 44 (4): 1407–1411. doi: 10.1167/iovs.02-0594.
Ярилин А.А. Апоптоз и его роль в целостном организме. Глаукома. 2003; 2: 46– 54. Jarilin A.A. Apoptoz i ego rol’ v celostnom organizme. Glaukoma. 2003; 2: 46–54.
Goodin S. Erlotinib: optimizing therapy with predictors of response? Clin. Cancer Res. 2006; 12: 2961–2963. PMID: 16707589. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-06-0426.
Chatterjee S, Matsumura A, Schradermeier J, Gillespie GY. Human malignant glioma therapy using antialpha (v) beta3 integrin agents. J. Neurooncol. 2000; 46: 135–144. PMID: 10894366.
Braun JS, Novak R, Herzog KH, Bodner SM, Cleveland JL, Tuomanen EI. Neuroprotection by a caspase inhibition in acute bacterial meningitis. Nat. Med. 1999; 5: 298–302. PMID: 10086385. doi: 10.1038/6514.
Green AR. Pharmacological approaches to acute ischaemic stroke: reperfusion certainly, neuroprotection possibly. Br. J. Pharmacol. 2008; 153 (1): 325–338. PMID: 18059324. doi: 10.1038/sj.bjp.0707594.
Deshmukh M, Vasilakos J, Deckwerth TL, Lampe PA, Shivers BD, Johnson EM Jr. Genetic and metabolic status of NGF-deprived sympathetic neurons saved by an inhibitor of ICE family proteases. J. Cell. Biol. 1996; 135 (5): 1341–1354. PMID 8947555.
Гомазков ОА. Старение мозга и нейротрофическая терапия. М.: ИКАР, 2011. 92. Gomazkov OA. Starenie mozga i nejrotroficheskaja terapija. M.: IKAR, 2011. 92.
Agarwal N, Agarwal R, Kumar DM, Ondricek A, Clark AF, Wordinger RJ et al. Comparison of expression profile of neurotrophins and their receptors in primary and transformed rat retinal ganglion cells. Molecular Vision. 2007; 13: 1311–1318. PMID: 17679933
Lambert W, Agarwal R, Howe W, Clark AF, Wordinger RJ. Neurotrophin and neurotrophin receptor expression by cells of the human lamina cribrosa. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2001; 42 (10): 2315–2323. PMID: 11527945
Chao MV. Neurotrophins and their receptors: a convergence point for many signalling pathways. Nat. Rev. Neurosci. 2003; 4: 299–309. PMID: 12671646. doi: 10.1038/nrn1078.
Rudzinski M, Wong TP, Saragovi HU. Changes in Retinal Expression of Neurotrophins and Neurotrophin Receptors Induced by Ocular Hypertension. J. Neurobiol. 2004; 58 (3): 341–354. PMID: 14750147. doi: 10.1002/neu.10293.
Harper MM, Grozdanic SD, Blits B, Kuehn MH, Zamzow D, Buss JE, Randy H. Kardon et al. Transplantation of BDNF-Secreting Mesenchymal Stem Cells Provides Neuroprotection in Chronically Hypertensive Rat Eyes. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 2011; 52: 4506–4515. PMID: 21498611. doi: 10.1167/iovs.11-7346.
Ko ML, Hu DN, Ritch R, Sharma SC, Chen CF. Patterns of retinal ganglion cell survival after brain-derived neurotrophic factor administration in hypertensive eyes of rats. Neurosci Lett. 2001; 305: 139–142. PMID: 11376903. doi: org/10.1016/S0304-3940(01)01830-4.
Martin KR, Quigley HA, Zack DJ, Levkovitch-Verbin H, Kielczewski J, Valenta D et al. Gene Therapy with Brain- Derived Neurotrophic Factor As a Protection: Retinal Ganglion Cells in a Rat Glaucoma Model. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 2003; 44 (10): 4357–4365. PMID: 14507880. doi: 10.1167/iovs.02-1332.
Lambiase A, Centofanti M, Micera A, Manni GL, Mattei E, De Gregorio A et al. Nerve growth factor (NGF) reduces and NGF antibody exacerbates retinal damage induced in rabbit by experimental ocular hypertension. Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 1997; 235 (12):780–785. PMID: 9439971.
Siliprandi R, Canella R, Carmignoto G. Nerve Growth Factor Promotes Functional Recovery of Retinal Ganglion Cells After Ischemia. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 1993; 34 (12): 3232–3245. PMID: 8225858.
Lambiase A, Tirassa P, Micera A, Aloe L, Bonini S. Pharmacokinetics of Conjunctivally Applied Nerve Growth Factor in the Retina and Optic Nerve of Adult Rat. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 2005; 46 (10): 3800–3806. PMID: 16186366. doi: 10.1167/iovs.05-0301.
Crigler L, Robey RC, Asawachaicharn A, Gaupp D, Phinney DG. Human mesenchymal stem cell subpopulations express a variety of neuro-regulatory molecules and promote neuronal cell survival and neuritogenesis. Exp. Neurol. 2006; 198 (1): 54–64. PMID: 16336965. doi: 10.1016/j.expneurol.2005.10.029.
Hu Y, Tan HB, Wang XM, Rong H, Cui HP, Cui H. Bone marrow mesenchymal stem cells protect against retinal ganglion cell loss in aged rats with glaucoma. Clinical Interventions in Aging. 2013; 8: 1467–1470. PMID: 24204132. doi: 10.2147/CIA.S47350.
Борзенок СА, Сабурина ИН, Репин ВС, Кошелева НВ, Горкун АА, Комах ЮА и др. Методологические и технологические проблемы конструирования искусственной роговицы на базе 3D-клеточного культивирования. Офтальмохирургия. 2012; 4: 12–17. Borzenok SA, Saburina IN, Repin VS, Kosheleva NV, Gorkun AA, Коmakh YuА et al. Methodological and technological problems of artificial cornea engineering based on 3D cellular cultivation. Oftal’mohirurgija. = Ophthalmosurgery. 2012; 4: 12–17.
Борзенок СА, Онищенко НА, Тонаева ХД, Комах ЮА, Ковшун ЕВ, Струсова НА. Сотрансплантация ММСК-подобных клеток лимба способствует местной иммунокоррекции и прозрачному приживлению транслантата роговицы при кератопластике высокого риска. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2014; XVI (1): 12–20. Borzenok SA, Onishchenko NA, Tonaeva KhD, Komakh YA, Kovshun YV, Strusova NA. MMSC-Like limbal cells cotransplantation promotes local immunocorrection and corneal graft transparent retention in high risk keratoplasty. Vestnik transplantologii i iskusstvennyh organov. = Russian Journal of transplantology and artificial organs. 2014; XVI (1): 12–20.
Polisetty N, Fatima A, Madhira SL, Sangwan VS, Vemuganti GK. Mesenchymal cells from limbal stroma of human eye. Mol Vis. 2008; 14: 431–442. PMID: 18334960.
Способ выделения и органотипического культивирования аллогенного лимбального трансплантата. Патент РФ № 2475218 / Борзенок С.А., Малюгин Б.Э., Тонаева Х.Д., Онищенко Н.А., Комах Ю.А., Ковшун Е.В.; Заявитель и патентообладатель ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова » Минздрава России; заявл. 06.12.2011 г.; опубл. 20.02.2013 г. Бюл. 2013; 5. 13. Sposob vydeleniya i organotipicheskogo kul’tivirovaniya allogennogo limbal’nogo transplantata. Patent RF № 2475218 / Borzenok S.A., Malyugin B.E., Tonaeva H.D., Onishchenko N.A., Komah Yu.A., Kovshun E.V.; Zayavitel’ i patentoobladatel’ FGAU «MNTK «Mikrohirurgiya glaza » im. akad. S.N. Fedorova» Minzdrava Rossii; zayavl. 06.12.2011 g.; opubl. 20.02.2013 g. Byul. 2013; 5. 13.
Sadan O, Bahat-Stromza M, Barhum Y, Levy YS, Pisnevsky A, Peretz H et al. Protective effects of neurotrophic factors secreting cells in a 6OHDA rat model of Parkinson disease. Stem. Cells Dev. 2009; 18 (8): 1179–1190. PMID: 19243240. doi: 10.1089/scd.2008.0411.
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. PMID: 16923606. doi: 10.1080/14653240600855905.
Folkman J, Hochberg M. Self-regulation of growth in three dimensions. J. Exp. Med. 1973; 138 (4): 745–753.
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).