Росстат сообщил средние зарплаты чиновников в 2016 году
Новости
Бегущая строка института
Бегущая строка VIP
Объявления VIP справа-вверху
Новости института
Владимир Шахов: Гипотеза об роли мезенхимальных стволовых клеток и кальциофосфатов в развитии атеросклероза.
Владимир Шахов: Гипотеза об роли мезенхимальных стволовых клеток и кальциофосфатов в развитии атеросклероза.
Hypothesis about a role of the mesenchymal stem cells, calcium and phosphates in development of an atherosclerosis.

Shahov V.P. et al., 2008.

As a result of the lead experiments on animals the hypothesis about a role of calcium and phosphates and mesenchymal stem cells in development of an atherosclerosis has been stated. In developments of an atherosclerosis actively participate of the mesenchymal stem cells and calcium and phosphates. As a result of their interaction formation osseous tissue in a wall of vessels is observed. Thus there is a generalization of atherosclerotic processes. At carrying out of cellular therapy by means of circulating stem cells this mechanism needs to be considered for the prevention of complications (heart attacks, insults).


В результате проведенных экспериментов на животных была высказана гипотеза об участии стволовых клеток и кальций фосфатов в развитии атеросклероза. В процессах развития атеросклероза активно участвуют мезенхимальные стволовые клетки и кальциофосфаты. В результате их взаимодействия наблюдается формирование остеоидной ткани в стенке сосудов. При этом происходит генерализация атеросклеротических процессов. При проведении клеточной терапии с помощью циркулирующих стволовых клеток этот механизм нужно учитывать для предупреждения осложнений (инфарктов, инсультов).

Введение

Атеросклеротическая бляшка представляет собой конечный морфологически оформленный субстрат. Согласно современным представлениям в ее формировании важную роль играют нарушения липидного и минерального обмена, приводящие к изменению со стороны стенок сосудов. Однако, высокое содержание холестерина в крови отсутствует у 50 % больных с атеросклерозом (Шутов, 1966, Бокерия и др., 2001; Жданов и др., 2002; Шахов, Попов, 2004). Тем не менее, зоны, так называемой, липидной инфильтрации интимы сосудов, могут являться предвестниками возникновения бляшки. Именно на этих участках происходит миграция моноцитов в липидные полоски, где они трансформируются сначала в макрофаги, имеющие рецепторы к липопротеинам низкой плотности (ЛПНП), а затем - в пенистые клетки. Считается, что пенистые клетки способны выделять биоактивные субстанции, которые вызывают хоуминг (направленную миграцию) гладкомышечных клеток из глубоких участков сосудов. При этом нельзя исключить, что гладкомышечные клетки (ГМК) могут происходить из мезенхимальных стволовых клеток (МСК), которые также входят в состав стенок сосудов (Бокерия и др., 2001, 2002; Добронравов, 2002). В любом случае возникновение агрегатов гладкомышечных клеток приводит к формированию небольшого выпячивания эпителия в просвет сосудов. Дальнейшая эволюция бляшки осуществляется за счет появления в них фибробластов, секретирующих коллаген, и эластических волокон (рис.1). Образование объемных структур на стенках сосудах приводит к изменению ламинарного потока крови, который становится турбулентным. Возникновение при этом завихрений сопровождается агрегацией эритроцитов, тромбоцитов и возникновением тромбов. По сути, агрегацию клеток красной крови можно расценивать как локальное кровоизлияние. Сгустки крови, как хорошо известно, способствуют образованию эктопических очагов костеобразования (Меерзон, 1968; Миронов и др.1997).

Процесс атеросклероза много стадийный. С начала происходит нарушение липидного и минерального обмена с ростом уровня холестерина в крови. Затем в участках стенок сосудов, которые подвергаются более сильному гидродинамическому воздействию пульсирующим потоком крови, формируются липидное "пятно", в нем изменено нормальное содержание липидов. Из липидного пятна формируется, так называемая, "мягкая" атеросклеротическая бляшка, структура которой схематически изображено на рис. 1. При этом фиброзная капсула этой бляшки еще не подверглась воспалению и еще не разрушена ферментами (Андреев, 2000). Как происходит процесс насыщения бляшки солями кальция и фосфора остается не совсем понятно.

Предполагается, что вихревые потоки крови, вокруг такой бляшки активно способствуют этому процессу. Кроме того, в крови больных атеросклерозом, наряду с изменением липидного (холестеринового) и белкового обмена, часто наблюдается нарушение электролитного состава плазмы и повышенное кровяное давление. Все это, с учетом того, что атеросклероз обычно развивается у пожилых лиц с нарушением тканевого обмена и функции клеток инициирует прогрессированию данного заболевания. Результатом атеросклеротического процесса является снижение доставки кислорода к тканям и органам их гипоксии, дистрофии. А при полной закупорке сосудов могут вызывать такие грозные осложнения как инфаркт или инсульт (Жданов и др., 2002).



Рис. 1. "Мягкая" атеросклеротическая бляшка в начале процесса дестабилизации.

Хорошо известен факт, что при формировании атеросклеротической бляшки на заключительном этапе ее развития в ее составе определяются кальций и фосфор. Химический состав, приводимый различными авторами, не позволяет сделать окончательный вывод, к какому классу биологических кальциофосфатов (КФ) они относятся. Это принципиальный вопрос, так как ответ на него позволит определить гистогенетическую линию клеток входящих в состав бляшки и, на основании полученных данных определить стадию атеросклеротического процесса.
Результаты и обсуждение.

В связи с этим мы провели эксперименты, в которых исследовали минеральный состав кальцифицированных атеросклеротических бляшек, полученных из аорты во время проведения паталого-анатомического вскрытия. Средний возраст умерших лиц составлял 60-70 лет. Материал был взят преимущественно у мужчин.

Физико-химические свойства были изучены на кафедре технологии силикатов и наноматериалов Томского политехнического университета. Для этого индивидуальные атеросклеротические бляшки помещали в фарфоровые тигли и подвергали термической обработке в муфельной печи при 800 оС до полного удаления органических включений. После чего материал измельчали до получения однородного порошка. Его состав анализировали с помощью рентгеновского дифрактометра "ДРОН-3М". Условия проведения съемки: катод "Cu", напряжение 35 кВ и сила тока 25 mA, ?= 1сек., скорость съемки 2/мин, чувствительность 1х103. Данные обрабатывали с помощью программы "Origin Pro 7.0". Сравнение рентгенограмм осуществляли по стандартам ASTM.



Рис. 2. Рентгенограмма минерального состава атеросклеротической бляшки, выделенной из аорты пациента И., 76 лет.



Рис.3. Сравнительный спектр тестируемого образца с эталонами ASTM. Ф- фторапатит - фторапатит; Г-апатит - гидроксилапатит и карбоксиапатит.

Как видно из сравнения рисунков (рис.3), основным компонентом исследованных атеросклеротических бляшек является высоко кристаллический гидроксилапатит (98,3+ 1,2%).



Рис.4. Макрофотография препарата пористой гидроксилапатитовой керамики с костным мозгом (диамтр пор 200-300 мкм) на 40-е сутки после подкожной имплантации мышам линии СВА. Нативный препарат. На препарате в виде овального объекта представлена незрелая остеоидная ткань. Ув. 20х.

Хорошо известно, что гидроксилапатит в организме встречается преимущественно в костной и зубной тканях. Иногда он выявляется в зонах эктопического костеобразования, возникающих, например, при травмах и операциях в области кальцификации гематом. Приведенные новые данные позволяют предположить, что при атеросклерозе в бляшку попадают МСК из крови или окружающих тканей, и под действием специфического микроокружения, ионы кальция и фосфора начинают дифференцироваться в остеоидную ткань. Ранее при изучении поведения кальций фосфатных (КФ) материалов для нужд травматологии и ортопедии было высказано предположение, что феномен эктопического костеобразования носит характер опосредованной остеоиндукции (Shahov et al., 2000).

Сами по себе КФ не обладают прямыми костеобразующими свойствами. Однако, при введении их под кожу они адсорбируют разнообразные молекулы, включая цитокины, интерлейкины, гормоны, ростовые факторы, молекулы адгезии и вспомогательные клетки (макрофаги, лимфоциты и т.п.). В результате формируется специфическое микроокружение для циркулирующих мезенхмальных стволовых клеток и находящихся в окружающих тканях. Происходит рекрутирование МСК в направлении остеогенеза со стимуляцией процессов пролиферации и дифференцировки с образованием новой костной ткани. При этом в данном процессе большую роль играют принципы физической мезомеханики, т.к. оказалось, что не все КФ материалы обладают способностью к изменению фенотипа МСК, а только имеющие определенную структуру поверхности и размер пор (рис.4) (Карлов, Шахов, 2001; Шахов и др., 2008). При атеросклерозе, когда в бляшке образуются кристаллы гидроксилапатита (ГА), то они изменяют ее структуру и свойства. Причем этот процесс, по-видимому, носит необратимый характер, т.к. ГА практически не растворяется в крови и межтканевых жидкостях (LeGeros, 1981).

Для проверки предположения о том, что МСК способны формировать на атеросклеротической бляшке остеоид, проведена серия экспериментов по тестированию фрагментов аорты, полученных после вскрытия у больных атеросклерозом.

Использовали не поврежденные и поврежденные участки аорты, которые очищали от прилегающих тканей. Вырезали образцы размером около 6х 8 мм.
Костный мозг получали из бедренной кости самцов мышей линии С57Bl/6, путем вымывания средой D-MEM с 5 % ЭТС ("Sigma") с помощью шприца. На внутренней поверхности фрагмента аорты формировали из костного мозга небольшой агрегат (рис. 5) и имплантировали под кожу другой партии мышей той же линии.


Рис. 5. Фрагменты аорты, на одном из которых нанесен фрагмент костного мозга мыши линии С57Bl/6перед имплантацией.




Рис. 6. Момент введения костного мозга мыши линии, расположенного на атеросклеротической "бляшке" фрагмента аорты под кожу реципиента.


Рис. 7. Фрагмент аорты (с признаками атеросклероза)
на 30 сутки после имплантации

Через 1-1,5 месяца, животных забивали. Осторожно извлекали исследуемые участки аорты, проводили морфометрию площади образовавшегося из костного мозга очага в опытной (поврежденная атеросклерозом стенка аорты) и контрольной (неповрежденный атеросклерозом) группах (рис. 5,6). На Рис.6. приведен фрагмент аорты на 30 сутки после имплантации (опытная группа, фрагмент аорты с признаками атеросклероза), на котором в виде бугристой поверхности выросла эктопическая остеоидная ткань из костного мозга мыши линии С57Bl/6

В табл. 1. приведены результаты измерения площади исходного костного мозга и эктопического очага (S), образовавшегося из костного мозга мышей линии С57Bl/6 , в опытной (участок атеросклеротической бляшки) и контрольной (без морфологических признаков атеросклероза) группах на поверхности фрагментов аорты на 30-е сутки после имплантации. Из представленных результатов видно, что на участках с явными признаками атеросклероза процесс эктопического костеобразования идет более интенсивно, т.к. площадь эктопического очага превышает таковую у контрольной группы в 2,3 раза.

Табл. 1. .

Сравнение площади исходного костного мозга и эктопического очага (S)
в опытной и контрольной группах на 30-е сутки исследований(X+m, Pu)

 

 

Сравнение площади исходного костного мозга и эктопического очага (S)

в опытной и контрольной группах на 30-е сутки исследований(X+m, Pu)

.

N/NГруппа животныхS костного мозга (мм2) до имплантацииS эктопического очага костеобразования (мм2), на 30 сут. После имплантации
1Опыт8,1+0,328,5+1,1*
2Контроль8,1+0,312,3+2,5


Примечание: * - значения между площадью образовавшегося эктопического очага на участках аорты до и после имплантация фрагмента аорты под кожу равным Pu <0,05.

Часть материала подвергали гистологическому исследованию после декальцификации с окраской гематоксилином по стандартной методике. В результате исследований было обнаружено, что на поверхности атеросклеротической бляшки формируется незрелая остеоидная ткань (рис .8).


Рис. 8. Гистологический препарат образования незрелой остеоидной ткани, выросшей из костного мозга мыши линии С57Bl/6 на поверхности участка аорты, пораженной атеросклеротической бляшкой на 30 сутки исследования. Окраска гематоксилин эозин, ув. 200х.

Образование костной ткани в меньшей степени на "неповрежденном" участке аорты может быть вызвано тем, что и эта территория была повреждена атеросклеротическим процессом, который морфологически еще не определяется.

Интересно, что высоко кристаллические частицы гидроксилапатита при помещении их в среды, имитирующие состав биологических жидкостей, приводят к развитию процесса эндогенной кристаллизации с ростом размера частиц и образование крупных кристаллов и агрегатов кальциофосфатов (Карлов, Шахов, 2001).

Заключение.


Представленные данные свидетельствуют о том, что кальциофосфаты на поверхности атеросклеротической бляшки могут взаимодействовать с мультипотеными мезенхимальными стволовыми клетками и включить процессы склерозирования и эктопического костеобразования. Очевидно, что данные механизмы имеют не прямой, а опосредованный характер (Шахов и др., 1999). Мы пока не знаем, на какой стадии своего развития атеросклеротическая бляшка становится привлекательной для локальных и циркулирующих МСК. Может быть, из-за того, что данная категория родоначальных клеток способна к адгезии на атеросклеротической бляшке, в организме существует своеобразный защитный механизм, запрещающий выход МСК из депо (костный мозг, жировая ткань) в кровь, т.к. в обычных условиях они в ней не обнаруживаются (Шахов, Попов, 2004).

Процессы остеоидных трансформаций в атеросклеротических бляшках позволяют во многом объяснить, почему у мужчин атеросклероз развивается раньше и часто бывает интенсивней, по сравнению с женщинами. Хорошо известен факт, что эстрогены снижают содержание кальция в крови, тогда как тестостерон, напротив, повышает. Поэтому женщины чаще болеют остеопорозом, чем мужчины. Как показывают наши исследования, кальций необходим не только для построения костей, зубов, но и атеросклеротических бляшек.

Если это так, то все манипуляции со стволовыми клетками, вводимые в сосудистое русло или появляющиеся там, в результате действия мобилизирующих агентов, например, гранулоцитарного колониестимулирующего фактора, чрезвычайно опасны для пациентов с атеросклерозом.

Получив тактическую выгоду, можно позднее принять стратегический удар в виде генерализации и усиления данного заболеваний и возникновения различных осложнений в виде инсультов и инфарктов.

Учитывая эти данные, требуется пересмотреть тактику лечения различных заболеваний (атеросклероз, инфаркт, инсульт, цирроз и др.), когда мезенхимальные стволовые клетки вводят в артерии, вены или осуществляют их мобилизацию из костного мозга, жировой ткани, с помощью цитокинов, типа колониестимулирующих факторов, гормональных препаратов, у лиц пожилого возраста.

Таким образом, в процессах развития атеросклероза активно участвуют мезенхимальные стволовые клетки и кальциофосфаты. В результате их взаимодействия наблюдается формирование остеоидной ткани в стенке сосудов и генерализация атеросклеротических процессов. Это нужно учитывать при проведении клеточной терапии с помощью циркулирующих стволовых клеток при лечении острой и хронической сердечной недостаточности, инфарктов и инсультов.

 

01.12.2009
www.viperson.ru

 



Док. 613417
Опублик.: 01.12.09
Число обращений: 0

  • Шахов Владимир Павлович
  • Шахов Владимир Павлович

  • Евразийская интеграция
    eurasian-integration.org


     








    Наши партнеры

    politica.viperson.ru
    vibory.viperson.ru
    narko.viperson.ru
    pressa.viperson.ru
    srv1.viperson.ru
    Разработчик Copyright © Некоммерческое партнерство `Научно-Информационное Агентство `НАСЛЕДИЕ ОТЕЧЕСТВА``