БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 11, с. 1701 - 1717
УДК 57.083.138
КОНДИЦИОННАЯ СРЕДА МЕЗЕНХИМАЛЬНЫХ
СТРОМАЛЬНЫХ КЛЕТОК:
НОВЫЙ КЛАСС ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Обзор
© 2019
Н.В. Богачева1*,**, M.Э. Колман2
1 Division of Pulmonary and Critical Care, Department of Medicine,
Indiana University School of Medicine, IUPUI, Indianapolis,
IN 46202, USA; E mail: nbogatch@iu.edu
2 Theratome Bio, Inc., Indianapolis, IN 46202, USA;
E mail: mcoleman@theratomebio.com
Поступила в редакцию 02.06.2019
После доработки 17.07.2019
Принята к публикации 17.07.2019
Мезенхимальные стромальные клетки (MSC - mesenchymal stromal cell) активно разрабатываются как
класс биологических препаратов с перспективой применения в качестве иммуномодулирующих, заживля!
ющих и регенерационных терапевтических средств. Наряду с клеточной терапией также активно развивает!
ся бесклеточная терапия, в основе которой лежат секретируемые MSC биоактивные факторы. MSC секре!
тируют различные белки и пептиды, РНК и липиды, которые могут быть сконцентрированы, заморожены
или даже лиофилизированы без потери активности, что дает определенное преимущество перед клетками,
требующими хранения в жидком азоте и специальной инфраструктуры для размораживания. В настоящем
обзоре: 1) описаны недавно проведенные клинические испытания бесклеточных продуктов, содержащих
секретом MSC; 2) обобщены основные подходы, используемые для получения и характеризации концент!
ратов кондиционной среды и препаратов внеклеточных везикул (EV); 3) проведен анализ доклинических
исследований, в которых показана эффективность применения секретомных продуктов и 4) суммированы
данные о биоактивных компонентах секретома, полученные с помощью анализа моделей in vivo.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: MSC, секретом, кондиционная среда, внеклеточные везикулы, экзосомы.
DOI: 10.1134/S0320972519110125
Мезенхимальные стволовые (не эмбрио!
тов MSC для лечения больных с синдромом
нальные) клетки взрослых (MSC) впервые были
«трансплантат против хозяина», гематологичес!
выделены из костного мозга (BM!MSC). В на!
ких заболеваний и поражений костей и хряща
стоящее время их легко получают из других ис!
[1]. В настоящее время сфера клинических ис!
точников, таких как жировая ткань (ASC), пу!
пытаний MSC включает в себя болезни легких,
повина (UC!MSC), амнион, плацента и пульпа
почек и печени, сердечно!сосудистые и невро!
зуба (DP!MSC). Было обнаружено, что MSC
логические заболевания. Наибольший клини!
способны модулировать иммунный ответ, под!
ческий прогресс, обусловивший одобрение ком!
держивать строму гематопоетических клеток и
мерческих продуктов на основе MSC, был до!
их трансдифференцировку в различные типы
стигнут в применении BM!MSC при синдроме
клеток. В результате были проведены многочис!
«трансплантат против хозяина» (продукт одоб!
ленные доклинические исследования и в ко!
рен в Канаде и Японии) и при остром инфаркте
нечном итоге клинические испытания препара!
миокарда (продукт одобрен в Южной Корее), в
применении ASC при лечении подкожных сви!
щей при болезни Крона (продукт одобрен в ЕС)
Принятые сокращения: MSC - мезенхимальные
и в применении UC!MSC для лечения пораже!
стволовые клетки, BM - костный мозг, ASC - адипозные
мезенхимальные стволовые клетки, UC - пуповина, EV -
ния коленного хряща у больных с остеоартри!
внеклеточные везикулы, CM - кондиционная среда.
том (продукт одобрен в Южной Корее) [2, 3]. В
* Адресат для корреспонденции.
России развитие клеточной терапии было зат!
** Автор является выпускником кафедры биохимии биоло!
руднено отсутствием законодательной базы:
гического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
поправки, регулирующие использование био!
1701
1702
БОГАЧЕВА, КОЛМАН
медицинских клеточных продуктов, были вне!
EV для специфической доставки лекарств в опу!
сены в законы только в 2018 году. Эти измене!
холевые клетки [19]. Поскольку влияние MSC
ния должны облегчить проведение в России
EV на развитие опухолей и стратегии по моди!
клинических испытаний клеточных продуктов
фикации EV с целью их направленного действия
и, в частности, продуктов на основе MSC. Сре!
на опухолевые клетки были недавно подробно
ди клинических испытаний, уже проведенных в
рассмотрены [20], мы предпочли не затрагивать
России, можно отметить применение BM!MSC
эту тему в настоящем обзоре.
для профилактики острых проявлений синдро!
Бесклеточные препараты продуктов на осно!
ма «трансплантат против хозяина» [4, 5] и для
ве MSC получают путем сбора среды, кондици!
продления жизнеспособности трансплантата ге!
онированной этими клетками. Препараты кон!
матопоетических клеток [6, 7].
диционной среды (CM - conditioned media) от!
После того, как было показано, что вживле!
личаются от других биологических продуктов,
ние в ткань и трансдифференцировка MSC иг!
так как они представляют собой смесь различ!
рают незначительную роль в эффектах клеточ!
ных факторов, секретируемых клетками. В чис!
ной терапии, установилось мнение, что полез!
ло этих факторов входят факторы роста и цито!
ные свойства MSC обусловлены краткосрочной
кины, ферменты, нуклеиновые кислоты и био!
секрецией биологически активных факторов,
активные липиды [21]. Основной проблемой
способствующих тканевой регенерации и обла!
для организации промышленного производства
дающих иммуномодулирующими свойствами
препаратов, приемлемых для последующего
[8-10]. Были предприняты попытки проанали!
применения в клинике, является их стандарти!
зировать полезные свойства секретируемых
зация. В принципе получение препаратов CM
факторов в различных моделях болезней. Бес!
является относительно простой процедурой.
клеточные препараты обладают определенными
Она подразумевает приготовление «супа» из
очевидными преимуществами перед клеточны!
секретируемых факторов, его концентрирова!
ми препаратами. Известно, что интравенное
ние или фракционирование и характеризация
введение клеток может привести к образованию
продукта с использованием ограниченного на!
тромбов; менее очевидные побочные эффекты
бора параметров. В целом, на основе CM разра!
MSC могут быть связаны с индукцией аритмии
батываются два типа продуктов с целью их при!
[11], окостенением и кальцификацией [12]. Сле!
менения в медицине и косметологии, а именно
дует также принять во внимание, что некоторые
концентраты CM и изоляты EV. Препараты пер!
способы криоконсервации клеток могут приво!
вого типа содержат как EV, так и растворимые
дить к снижению выживаемости и активности
факторы, в то время как в препаратах второго
MSC в условиях in vivo [13]. Использование
типа отсутствуют факторы, не ассоциированные
бесклеточных препаратов не будет сопряжено с
с EV напрямую. Препараты, произведенные для
этими потенциальными эффектами и послед!
клинических испытаний, должны быть тща!
ствиями. Особенно важно то, что бесклеточные
тельно охарактеризованы; однако из!за относи!
препараты не требуют наличия дорогого обору!
тельной новизны бесклеточных препаратов об!
дования, необходимого для экстракции аутоло!
щепринятые стандарты еще не разработаны, и
гичных клеток и/или ex vivo экспансии аутоло!
маркеры потенциала однозначно не определены
гичных и аллогенных клеток. По этой причине
и варьируют от исследования к исследованию.
бесклеточные препараты могут обладать пре!
Обзор данных литературы показывает, что в
имуществом, если лечение в острых случаях
препаратах часто оцениваются уровни специ!
должно осуществляться в сельских больницах
фических цитопротекторных и иммуномодули!
или в полевых условиях, таких как, например,
рующих факторов в контексте их доказанной
при ведении боевых действий. Вероятно, проти!
или предполагаемой значимости для конкрет!
вопоказания для бесклеточной терапии будут
ного клинического применения. В отдельных
аналогичны таковым для клеточной терапии,
случаях препараты CM проверяют на присут!
приводя к необходимости исключить пациентов
ствие провоспалительных факторов [22, 23].
с активно развивающимся раком. Известно, что
Препараты EV обычно характеризуют по разме!
внеклеточные везикулы (EV - extracellular vesi!
ру и количеству частиц, наличию EV!специфич!
cles), секретируемые MSC, могут быть целена!
ных поверхностных маркеров и по общей кон!
правленно захвачены опухолевыми клетками. В
центрации белка [23, 24]. В настоящее время ин!
то время как эффекты MSC EV на раковые клет!
формация о многофакторном анализе состава
ки варьируют от подавляющих опухоль [14, 15]
клинического продукта и корреляции с его бе!
до опухоль!индуцирующих [16, 17], сама спо!
зопасностью и терапевтическим потенциалом
собность этих везикул проникать в опухолевые
крайне ограничена. Препараты, произведенные
клетки [18] привела к разработке модификаций
для доклинических испытаний, охарактеризова!
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
MSC!CM В ДОКЛИНИЧЕСКИХ И КЛИНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ
1703
ны еще более скудно; концентраты СМ иногда
подходов, применяемых в настоящее время в
охарактеризованы только как сконцентриро!
этой области. Данный обзор не ставил задачи
ванные в n раз; изоляты EV охарактеризованы
описать всю полноту доклинических результа!
по концентрации белка и/или числу частиц
тов. Мы хотели дать читателю представление об
(табл. 1, 2).
основных подходах к производству и примене!
нию бесклеточных препаратов. Нами также бы!
ла предпринята попытка обобщить данные, ка!
РЕЗУЛЬТАТЫ РАННИХ
сающиеся биоактивных компонентов, с кото!
КЛИНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
рыми связаны наблюдаемые in vivo эффекты.
Для доклинических исследований препара!
В связи с тем, что бесклеточная терапия бы!
ты кондиционной среды получаются на основе
ла протестирована лишь в ограниченном коли!
культивирования нестимулированных, некон!
честве клинических испытаний, данные литера!
флуентных MSC, инкубированных в течение
туры по этой теме немногочисленны. Аналогич!
0,5-5 дней; собранная среда очищается от кле!
но клеточным препаратам бесклеточные препа!
точных остатков с помощью центрифугирова!
раты тестируются для многопрофильного при!
ния и/или фильтрации через фильтры с порами
менения. Так, ASC!CM оказалась перспектив!
диаметром 0,22 мкм. В некоторых работах MSC
ной терапией для заживления кожных ран после
во время кондиционирования подвергали ги!
лазерной шлифовки кожи [25] и для лечения ал!
поксии [31] или длительному голоданию. В дру!
лопеции [26, 27]. Препараты BM!MSC!CM спо!
гих случаях клетки выращивали в трехмерных
собствовали увеличению объема кости при си!
структурах, называемых сфероидами, чтобы
нуслифтинге в зубной имплантологии [28].
достичь более высокой плотности клеточных
Комбинация препаратов BM!МSC и кондици!
культур [33, 34]. Более продвинутые подходы
онной среды показала свою безопасность и воз!
заключаются в генетической модификации
можную эффективность при лечении рассеян!
MSC с целью увеличения секреции клетками
ного склероза [22]. EV из UC!MSC показали об!
определенных факторов [31, 35, 36] или чтобы
надеживающий результат при лечении синдро!
позволить секретировать факторы, индуциро!
ма «трансплантат против хозяина» [23] и хрони!
ванные гипоксией, в культуре с нормальным
ческого заболевания почек [24]. В настоящее
уровнем кислорода [37]. Аналогичные подходы
время препараты EV из MSC тестируются для
могут использоваться для включения тканенап!
лечения диабета 1!го типа, макулярной дистро!
равляющих пептидов в мембраны секретируе!
фии сетчатки глаза и острого ишемического ин!
мых внеклеточных везикул [32].
сульта [29]. Ранние исследования, необходимые
Препараты кондиционной среды могут за!
для доказательства концепции терапевтическо!
тем быть протестированы in vivo в исходном ви!
го эффекта, требуют тестирования препаратов
де или же после их концентрирования с по!
от нескольких доноров. В будущем проблема ге!
мощью низкомолекулярных фильтров, или, в
терогенности донорских препаратов может быть
редких случаях, после их лиофилизации и по!
решена путем иммортализации секретирующей
следующего разведения. В табл. 1 приведены
линии клеток [30] или альтернативно, путем се!
примеры доклинических тестов неконцентри!
лекции донорских клеток, отобранных по стан!
рованных или сконцентрированных CM в раз!
дартизованным критериям. Линию секретирую!
личных моделях болезней и описаны наблюдав!
щих клеток также можно будет подвергнуть ге!
шиеся при этом эффекты.
нетической модификации с целью повышения
Альтернативно из кондиционной среды
продукции определенных факторов [31] или
можно выделить внеклеточные везикулы, ис!
чтобы сделать возможной экспрессию мембран!
пользуя ультрацентрифугирование, осаждение
ных белков, обеспечивающих захват EV опреде!
полиэтиленгликолем, реагент Exo!Quick TC или
ленными тканями [32].
HPLC гель!фильтрацию (табл. 2). Так как раз!
личные методы приводят к получению препара!
тов, обогащенных либо более мелкими экзосо!
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
мами, либо более крупными микровезикулами,
КОНДИЦИОННОЙ СРЕДЫ MSC
производители должны иметь виду, что биоло!
В ДОКЛИНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
гическая активность этих фракций может отли!
чаться друг от друга [38, 39]. В недавнем обзоре
В связи с ограниченностью данных о клини!
Fujita et al. было обобщено применение MSC EV
ческих испытаниях бесклеточных препаратов
в доклинических моделях заболеваний легких,
анализ доклинических испытаний может дать
включая пневмонию/острое поражение легких,
более полное представление о разнообразии
фиброз легких, силикоз, COPD, астму, легочную
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
1704
БОГАЧЕВА, КОЛМАН
Таблица 1. Примеры доклинических испытаний с использованием обычных концентратов CM
Источник
Модель
Препарат
Доза/Способ
Ссылка
Эффект
CM
введения
1
2
3
4
5
6
Внутренние органы
BM!MSC
индуцированное липопо!
25× концентрат,
30 мкл/мышь;
[80]
снижение воспаления и отека
лисахаридом повреждение
низкомолекуляр!
в трахею
легких
легких
ный фильтр (cut!
off) 3 кДа
ASC
индуцированная моно!
60× концентрат,
100 мкл/крыса;
[81]
улучшение кровотока в лег!
кроталином легочная
cut!off = 3 кДа
внутривенно,
ких; подавление преобразова!
гипертензия
в яремную вену
ний в сердечной мышце
ASC
индуцированный блеоми!
60× концентрат,
100 мкл/крыса;
[81]
снижение уровня коллагена
цином фиброз легких
cut!off = 3 кДа
внутривенно,
в легких
в яремную вену
BM!MSC
индуцированная овальбу!
50× концентрат,
50 мкл/крыса;
[82]
снижение уровня гистопато!
мином астма
cut!off = 4 кДа
в трахею
логических изменений;
уменьшение количества лей!
коцитов в смывах
BM!MSC
фулминантная печеноч!
25× концентрат,
900 мкл/крыса;
[83]
пониженный уровень ин!
ная недостаточность
cut!off = 3 кДа
внутривенно,
фильтрации лейкоцитов и нек!
в половой член
роза клеток печени, редукция
дупликации желчных протоков
BM!MSC
повреждения почек, выз!
неконцентриро!
1 мл/мышь; 2 раза
[84]
снижение патологических
ASC
ванные цисплатином
ванный препарат
в день внутрибрю!
процессов в почке, повыше!
шинно
ние выживаемости
Сосудистая/сердечно!сосудистая система
BM!MSC
сердце после инфаркта
концентрирован!
600 мкл/крыса; в
[31]
уменьшение площади инфа!
ный препарат от
5 точек на границе
ркта, улучшение функциони!
MSC, экспресси!
зоны инфаркта
рования желудочков
рующих Akt1 в ус!
ловиях гипоксии
ASC
критическая ишемия ко!
получен из кле!
40 мкл/мышь;
[33]
повышение плотности крове!
нечностей
ток, растущих в
ежедневно в мыш!
носных сосудов, предотвра!
сфероидных куль!
цы бедра
щение некроза конечностей и
турах высокой
восстановление кровообраще!
плотности
ния
Кости и суставы
BM!MSC
индуцированный антиге!
концентрат,
15 мкл/мышь;
[85]
снижение отечности суставов
ном артрит
cut!off = 3 кДа
в коленный сустав
и утраты хрящевой ткани, по!
нижение секреции TNFα
ASC
хирургические поврежде!
неконцентриро!
17 мкл/кролик;
[86]
индукция регенерации костей
ния костей
ванный препарат
в гидрогель, нане!
из ASC, кондицио!
сенный на по!
нированых в ус!
врежденную че!
ловиях гипоксии
люсть
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
MSC!CM В ДОКЛИНИЧЕСКИХ И КЛИНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ
1705
Окончание таблицы 1
1
2
3
4
5
6
Мозг/нервная система
ASC
амиотрофный латераль!
концентрирован!
200 мкл/мышь;
[87]
повышение выживаемости
ный склероз у мышей
ный
ежедневно внутри!
с момента проявления сим!
SOD1G93A
брюшинно
птомов и увеличение продол!
жительности жизни
DP!MSC
неонатальное поврежде!
неконцентриро!
2 мкл/мышь; P5
[88]
подавление патологических
ние мозга
ванный
в ипсилатеральное
изменений после гипоксии/
полушарие
ишемии
BM!MSC
экспериментальный ал!
10× концентрат,
0,5 мг/мышь;
[89]
снижение функционального
лергический энцефалит
cut!off = 3кДа
внутривенно
дефицита; поддержка разви!
3 раза
тия олигодендроцитов и ней!
ронов
BM!MSC
спиноцеребеллярная атак!
неконцентриро!
25-100 мкл/мышь;
[90]
подавление дегенерации аксо!
сия у мышей, нокаутиро!
ванный
>4 раз внутривен!
нов и миелина в моторных
ванных по sca1
но в орбитальную
нейронах спинного мозга
вену или 10 мкл/
мышь интрате!
кальная инъекция
Кожа
UC!MSC
дерматит в результате
лиофилизирован!
200 мкл гидрогеля
[91]
ускоренное заживление раны
действия радиации
ная/разведенная
CM 5 мкг/мл на
рану
артериальную гипертензию и бронхолегочную
ходимо для генерации препаратов клинической
дисплазию [29]. В табл. 2 мы приводим допол!
чистоты, экспансия клеток будет вносить зна!
нительные данные о разнообразных доклини!
чительный вклад в стоимость процесса, и это
ческих испытаниях MSC EV.
обстоятельство должно учитываться с практи!
Сравнение таблиц 1 и 2 позволяет понять,
ческой точки зрения.
что как препараты CM, так и изоляты EV эф!
В связи с тем, что детали производства тес!
фективны в различных моделях болезней внут!
тируемого продукта, касающиеся количества ге!
ренних органов, а также в моделях сосудистых,
нерирующих клеток, часто отсутствуют в описа!
скелетных и неврологических заболеваний. В
нии, табл. 3 содержит лишь ограниченное коли!
доклинических исследованиях было показано,
чество исследований. Однако их достаточно,
что как EV [39, 40], так и СМ [41] могут подвер!
чтобы дать читателю понять, что сходные эф!
гаться криоконсервации без критической поте!
фекты наблюдались с EV, выделенными из ко!
ри биологической активности. Итак, являются
личества клеток превышающего в ~10 раз коли!
ли изоляты EV CM более мощными терапевти!
чество, используемое для получения обычного
чески, чем концентраты СМ? В табл. 3 мы по!
концентрированного препарата СМ. Даже если
пытались сравнить концентрированные препа!
предположить, что ксеногенные EV обладают
раты CM и препараты EV. Так как сравнивать
меньшей силой, чем видоспецифичные препа!
результаты различных исследований затрудни!
раты СМ, cравнение работ с использованием
тельно, мы приводим исследования сходных
препаратов, полученных из клеток человека, в
моделей болезней, в которых пересчет был сде!
сходных моделях грызунов с повреждением лег!
лан на количество клеток, генерирующих тера!
ких бактерией Escherichia coli [42, 43] подтверж!
певтический продукт, в тех случаях, когда тако!
дает это первоначальное наблюдение. Учиты!
го рода информация предоставлялась. При ши!
вая, что определенные биоактивные факторы,
рокомасштабном производстве, которое необ!
такие как VEGF, могут быть как растворимыми,
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
1706
БОГАЧЕВА, КОЛМАН
Таблица 2. Примеры доклинических испытаний препаратов MSC EV
Источник
Модель
Приготовление
Доза/Способ
Ссылка
Эффект
введения
1
2
3
4
5
6
Внутренние органы
Разные
легочные заболевания
разное
разные
описано
различные
в [29]
BM!MSC
фульминантная недоста!
2× ультрацентри!
2 × 108 до 2 × 1010
[40]
уменьшение повреждений пе!
точность печени
фугирование
частиц/мышь;
чени; модуляция экспрессии
внутрь трахеи,
цитокинов
внутривенно
BM!MSC
вызванное гентамицином
2× ультрацентри!
500 мкл препарата
[48]
улучшение состояния почек
повреждение почек
фугирование
в концентрации
после повреждений
100 мкг/мл белка/
крыса; внутри!
венно
Сосудистая/сердечно!сосудистая система
BM!MSC
ишемия/реперфузия мио!
экзосомы, очи!
0,4 мкг белка
[92]
снижение площади инфаркта
карда
щенные с по!
в 200 мкл/мышь;
мощью HPLC
внутривенно, в
хвостовую вену
BM!MSC
критическая ишемия ко!
инъекция без или
[93]
усиление ангиогенеза в конеч!
нечностей
с матригелем в ко!
ностях, подвергшихся ише!
нечность, подвер!
мии
женную ишемии
Кости и суставы
BM!MSC
индуцированный коллаге!
2× ультрацентри!
250 нг в 5 мкл/
[94]
снижение уровня поврежде!
ном остеоартрит
фугирование
мышь; в колен!
ний суставов
ный сустав
BM!MSC,
индуцированный стерои!
набор для выделе!
40 мкг белка в
[37]
ускоренная регенерация кости
экспрес!
дами аваскулярный
ния экзосом
500 мкл/кролик;
и ангиогенез
сирую!
некроз кости
(Invitrogen, США)
в головку бедрен!
щие ста!
ной кости
бильный
HIF!1α
(мутант)
Мозг/нервная система
BM!MSC
фокальная церебральная
EVs, осажденные
EVs из 2 × 106 MSC
[95]
уменьшение повреждения го!
ишемия
полиэтиленглико!
в 250 мкл/мышь;
ловного мозга
лем
внутривенно/в
бедренную кость
BM!MSC
болезнь Альцгеймера
EVs, осажденные
100 мкг EV в
[96]
улучшение когнитивного по!
у мышей APP/PS1
полиэтиленглико!
5 мкл/мышь;
ведения, предотвращение на!
лем
в внутричерепной
рушения CA1 синаптической
желудочек
передачи
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
MSC!CM В ДОКЛИНИЧЕСКИХ И КЛИНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ
1707
Окончание таблицы 2
1
2
3
4
5
6
BM!MSC
травматические поврежде!
ExoQuick!TC
100 мкг в 0,5 мл/
[97]
улучшение пространственного
ния головного мозга
крыса; внутривен!
обучения, восстановление
но, IV в хвостовую
сенсорной и моторной функ!
вену
ции
BM!MSC
расстройства аутистичес!
2× ультрацентри!
3,81 × 108 час!
[98]
повышение социальной ак!
кого характера у мышей
фугирование
тиц/мкл; 5 мкл
тивности; снижение повторя!
BTBR
в день/мышь; 6X
емости действий; улучшение
через день интра!
материнского поведения
назально
BM!MSC
повреждения спинного
ультрацентрифу!
1 × 1010 частиц
[99]
уменьшение площади пораже!
мозга
гирование
100 мкг в 0,5 мл/
ния; восстановление функций
крыса; внутривенно,
в хвостовую вену
Кожа
UC!MSC
ожог
ультрацентрифу!
200 мкг в 200 мкл
[51]
ускорение заживления ран
гирование в 30%
подкожно
сахарозе/D2O
в 3 точки
так и ассоциированными с EV [44], такое наб!
зации для производства большой партии про!
людение неудивительно. С другой стороны,
дукта. Ни метод гель!фильтрации, ни ультра!
растворимая фракция CM при определенных
центрифугирование, которые обычно использу!
условиях может быть лишена терапевтической
ются для получения препаратов EV, не могут
активности. Например, было показано, что уда!
быть адаптированы для широкомасштабного
ление EV приводило к потере терапевтического
производства. К дополнительным критериям
эффекта СМ в модели бронхолегочной диспла!
выбора производства препарата, помимо прак!
зии, индуцированной гипоксией; в то же время
тических соображений себестоимости и време!
EV!содержащая СМ и EV, выделенные из CM,
ни, затраченного на производство, могут также
снижали воспаление легких у новорожденных
относиться аспекты согласования процесса про!
животных и редуцировали морфологические из!
изводства и конечного продукта с регуляторны!
менения, вызванные гипоксией [45]. В данном
ми инстанциями и аспекты наличия интеллек!
исследовании препараты СМ вводили путем
туальной собственности (патентов защищаю!
внутрибрюшинной инъекции. Возможно, раст!
щих производство).
воримые факторы СМ менее эффективны при
системном, чем при локальном введении. Сум!
мируя результаты доклинических исследований,
ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
можно заключить, что производство рутинных
СПЕЦИФИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СМ
концентратов CM может быть дешевле и быст!
ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ОПРЕДЕЛЕННЫХ
рее и приводить к получению равных по силе
ПАТОЛОГИЙ
или терапевтически даже более мощных по
сравнению с EV препаратов. На сегодняшний
Известно, что концентрированные препара!
день отсутствуют какие!либо данные, свиде!
ты CM и препараты EV содержат белки, РНК и
тельствующие о дополнительных побочных эф!
липиды [21]. С помощью методов секвенирова!
фектах рутинных концентратов CM по сравне!
ния мРНК нового поколения и протеомного
нию с препаратами EV. Оба типа препаратов мо!
анализа было показано, что EV обогащены
гут быть использованы в клинике. Однако при
мРНК и белками с ангиогенной функцией
получении клинического препарата также необ!
(включая факторы роста, факторы транскрип!
ходимо учитывать другие критерии, такие, как
ции, белки адгезии/матрикса и регулирующие
соответствие
правилам
GMP (Good
их белки), а также мРНК и белками с антиапоп!
Manufacturing Practices) и возможность оптими!
тотической и антиоксидантной функцией [46].
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
1708
БОГАЧЕВА, КОЛМАН
Таблица 3. Сравнение обычных концентратов CM с изолятами EV в плане увеличения количества MSC, необходимого для
получения препарата CM
Концентрированная CM
Препарат EV
Источник,
Число
Эффект
Источник,
Число
Эффект
способ
Модель
клеток на
и ссылка
способ
Модель
клеток на
и ссылка
введения
животное
введения
животное
Мышь, BM!
LPS внутрь
0,25 × 106
снижение
человек, BM!
LPS внутрь
3 × 106
снижение
MSC, в трахею
трахеи, вос!
на мышь
отека легких/
MSC, в трахею
брюшины,
на мышь
отека лег!
паление лег!
воспаления
воспаление
ких/воспа!
ких
[80]
легких
ления [74]
Мышь, ASC,
LPS внутрь
0,18 × 106
уменьшение
внутривенно
трахеи, вос!
на мышь
отека легких
паление лег!
и уровня вос!
ких
палительных
цитокинов
[41]
Человек, BM!
E. coli внутрь
4 × 106
повышение
человек, BM!
E. coli внутрь
6 × 106 внутрь
повышение
MSC внутри!
трахеи, вос!
на крысу
выживаемос!
MSC внутрь
трахеи, вос!
трахеи; 9 × 106
выживае!
венно
паление лег!
ти без сущест!
трахеи/внутри!
паление лег!
внутривенно
мости и зна!
ких
венного влия!
венно
ких
на мышь
чительное
ния на воспа!
влияние на
ление/отек
процесс вос!
легких через
паления/
48 ч [42]
отека легких
через 24 ч [43]
Крыса, BM!
индуциро!
4 × 106
уменьшение
MSC внутрь
ванное вен!
на крысу
отека/воспа!
трахеи
тиляцией
ления легких
воспаление
[100]
легких
Крыса, BM!
индуциро!
4 × 106
уменьшение
MSC внутри!
ванное вен!
на крысу
отека легких
венно
тиляцией
без сущест!
воспаление
венного влия!
легких
ния на воспа!
лительный
процесс [101]
Анализ мРНК EV из MSC свиней, содержащих!
тах CM, роль которых была проверена при тес!
ся на постной или богатой жирами диете, пока!
тировании бесклеточных препаратов в моделях
зывает, что MSC EV из «худых» животных содер!
определенных заболеваний. Мы также приво!
жат меньшее количество мРНК иммуномодули!
дим работы, в которых тестировался терапевти!
рующих генов, тогда как MSC EV животных, по!
ческий потенциал клеток, а не бесклеточных
лучавших жирную пищу, содержат меньшее ко!
препаратов, но при этом была подтверждена
личество мРНК генов, регулирующих фиброз
секреция специфического фактора в кондици!
[47]. Эта информация может быть полезна при
онную среду. Эти работы суммированы в табл. 4.
выборе доноров MSC и скрининге терапевти!
Белки. Роль целого класса факторов для те!
ческого потенциала MSC при подготовке к
рапевтической активности может быть проде!
конкретному клиническому применению. Наи!
монстрирована, если его полное удаление из
более же ценная информация, относящаяся к
препарата CM приводит к потере активности.
процессу оптимизации производства препара!
Первые результаты в этом направлении были
тов CM, приходит к нам из исследований, пока!
достигнуты при сравнении терапевтического
зывающих, как изменения специфических ком!
потенциала CM, полученной после инкубации
понентов в препаратах влияют на их терапевти!
MSC с концентрациями трипсина или РНКазы,
ческий потенциал в моделях конкретных болез!
не влияющими на жизнеспособность MSC. Бы!
ней. Ниже мы суммируем сведения о компонен!
ло замечено, что обработка клеток трипсином
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
MSC!CM В ДОКЛИНИЧЕСКИХ И КЛИНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ
1709
значительно снижала терапевтический потен!
MSC. Соответственно, было показано, что в мо!
циал CM в модели повреждения почек, в то вре!
дели инфаркта миокарда CM из находящихся в
мя как обработка РНКазой приводила к еще
условиях гипоксии Akt1!MSC превосходит по
большей потере терапевтического потенциала
потенциалу CM из контрольных или гипокси!
[48]. В сумме эти данные свидетельствуют о том,
ческих GFP!MSC, указывая на ключевую роль
что как белковый, так и нуклеиновый компо!
VEGF, bFGF, HGF, IGF1 и TB4 в процессе реге!
ненты важны для защиты/регенерации почек, и
нерации миокарда. Альтернативный подход для
РНК обладает большим потенциалом по срав!
индукции трофических факторов был использо!
нению с белками.
ван, когда клетки переносили в 3D!сфероидные
Роль определенных компонентов в терапев!
культуры [33, 34]. В этих условиях культивиро!
тическом эффекте может быть определена из
вания секреция проангиогенных VEGF, bFGF,
простого сравнения препаратов CM, продуци!
HGF и CXCL12 была увеличена более чем 20×.
рованных MSC различных биологических ви!
Как и ожидалось, препараты СМ из сфероидных
дов. Например, в CM BM!MSC человека содер!
культур демонстрировали улучшенную перфу!
жалось в пять раз меньше VEGF, чем в CM BM!
зию в модели ишемии задней конечности [33] и
MSC свиньи. Инъекция препарата CM свиньи
ускоренное заживление ран [34] по сравнению с
вызывала значительное улучшение сердечной
СМ из монослойных культур. В целом эти ис!
функции у хомяков с кардиомиопатией, а инъ!
следования доказывают, что уровни проангио!
екция СМ человека была неэффективна [49],
генных факторов коррелируют с терапевтичес!
указывая на роль VEGF в кардиопротекции. В
ким потенциалом CM в моделях, зависимых от
работе Gnecchi et al. [31] было показано, что по!
степени регенерации сосудистой системы. Кро!
вышенная экспрессия Akt1 в MSC и дальнейшая
ме того, вышеуказанные методы усиления про!
стимуляция этих клеток гипоксией приводили к
ангиогенных свойств СМ могут использоваться
(5-10)× увеличению уровня секреции VEGF,
всякий раз, когда СМ производится для клини!
bFGF, HGF, IGF1 и TB4, по сравнению с натив!
ческого облегчения состояний, требующих уси!
ными или находящимися в условиях гипоксии
ленного ангиогенеза.
Таблица 4. Терапевтическая роль компонентов CM, подтвержденная в исследованиях in vivo
Орган/система
Белки/мРНК
miR
lncРНК
Липиды
Легкие
TSG6 [45]
VEGF [44]
KGF [74]
Печень
глутатионпероксидаза 1 [53]
miR!122 [71]
Y!RNA!1 [40]
miR!125b [69]
miR!223 [67]
Почки
miR!let7c [70]
miR!30 [64]
Сосудистая/сердечно!сосудистая
VEGF [33, 34]
miR!19a [36]
bFGF [33, 34]
miR!22 [65]
HGF [33, 34]
miR!223 [66]
CXCL12 [33, 34]
IGF1 [31]
TB4 [31]
Wnt4 [51, 52]
Мозг/нейронная
неприлизин [50]
кластер miR 17!92 [35]:
PGE2 [75]
miR!17
miR!18a
miR!19a
miR!19b
miR!20a
miR!92a
Иммунная
IDO [56]
miR!223 [66]
галектин!3 [54]
TSG6 [45]
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
1710
БОГАЧЕВА, КОЛМАН
Мембраносвязанные белки СМ представля!
терапевтического потенциала от партии к пар!
ют еще один класс факторов с потенциальным
тии и оптимизации процесса производства для
значением для клинического применения. Неп!
конкретного клинического применения. Анализ
рилизин является мембраносвязанным фермен!
ограниченного количества отобранных и утвер!
том, вызывающим деградацию β!амилоидного
жденных факторов с помощью мультиплекс!
пептида, характерного для болезни Альцгейме!
ELISA может оказаться более экономичным и
ра. ASC и их экзосомы характеризуются более
практическим подходом для мониторинга про!
высокой экспрессией неприлизина по сравне!
изводственного процесса по сравнению с рас!
нию с BM!MSC. Экзосомы из ASC, но не из
ширенным мульти!эррейным анализом.
BM!MSC, способны снижать уровень β!амило!
РНК. Эксперименты с препаратами CM [48]
идного пептида в клетках нейробластомы мыши
и EV [58, 59], обработанными РНКазами, под!
[50]. Эти результаты указывают на необходи!
твердили, что деградация РНК приводит к сни!
мость соответствия клеточного источника CM
жению способности CM и EV защищать эпите!
конкретному клиническому применению полу!
лий канальцев во время острого повреждения
чаемого бесклеточного препарата.
почек. Высокопроизводительное секвенирова!
Прогресс в идентификации ключевых тера!
ние молекул РНК показывает, что основным
певтических элементов в препаратах CM был
классом РНК, представленных в EV, являются
достигнут в исследованиях, когда нокдаун генов
некодирующие РНК, включая длинные некоди!
применялся с целью анализа способности CM
рующие РНК (~11%). Вторым широко пред!
оказывать терапевтическое воздействие. Этот
ставленным классом являются рибосомальные
подход позволил идентифицировать роль фак!
РНК (22%). Количество miРНК составляет <1%
торов транскрипции, переносимых EV, когда
от общего количества РНК [60]. Тем не менее
нокдаун Wnt4 в UC!MSC человека привел к по!
было показано, что именно этот подкласс РНК
тере способности UC!MSC экзосом активиро!
важен для проявления эффектов EV, так как
вать бета!катенин!зависимый сигнальный путь
дальнейшие эксперименты с нокдауном Drosha,
в клетках кожи. Как результат, EV с дефицитом
ключевого фермента, генерирующего miРНК,
Wnt4 потеряли способность оказывать терапев!
показали, что защита почек препаратами EV за!
тический эффект в модели ожога кожи крыс [51,
висит от наличия miРНК [61]. Многочисленные
52]. Нокдаун генов был также использован для
работы по изучению состава EV пролили свет на
подтверждения роли переносимых EV антиок!
разнообразие молекул miРНК в препаратах
сидантных и иммуномодулирующих белков.
MSC EV [62]. Эксперименты, использующие
Нокдаун гена глутатионпероксидазы 1 привел к
нокдаун специфических miРНК показали, ка!
потере защитного эффекта MSC EV в модели
кие конкретные miРНК ответственны за тера!
CCl4!индуцированного повреждения печени.
певтический эффект MSC EV при повреждении
Результаты анализа in vitro подтвердили антиок!
определенных органов и тканей. Восстановле!
сидантный потенциал EVs, содержащих глутати!
ние функций мозга после ишемии зависело от
онпероксидазу 1 [53]. Аналогично нокдаун им!
наличия в EV miR!133 [63]. Критическая роль
муномодулятора галектина!3 ослабил терапев!
miR!30 была показана для терапевтической за!
тический потенциал MSC в модели кардиомио!
щиты почек [64], а критическая роль miR!22 -
патиии при хронической болезни Чагаса, инду!
для восстановления миокарда после инфаркта
цированной
хронической
инфекцией
[65]. EV miR!223 защищали сердце от поврежде!
Trypanosoma cruzi [54]. Известно, что этот лектин
ний, индуцированных сепсисом [66], и печень -
экспрессируется на поверхности MSC и секре!
в модели аутоиммунного гепатита [67]. Вполне
тируется ими [55]. Роль другого иммуномодули!
вероятно, что защита обоих органов была обус!
рующего белка, IDO, была показана в работе
ловлена иммуномодулирующими свойствами
продемострировавшей связь повышенной
miR!223 [68]. Было показано, что miR!125b, со!
экспрессии IDO и способности MSC индуциро!
держащаяся в EV, ответственна за противофиб!
вать толерантность к аллографту почек, усили!
розный эффект MSC в модели индуцированно!
вая пролиферацию Treg [56]. Хотя в этой работе
го CCl4 повреждения печени [69].
не рассматривалось, был ли белок секретируе!
Эксперименты, в которых была выявлена
мым или внутриклеточным, другое исследова!
корреляция между уровнем экспрессии miРНК
ние показало, что содержание IDO в EV корре!
и улучшением защитного эффекта EV, дополни!
лирует с их способностью индуцировать транс!
ли информацию, полученную из экспериментов
формацию мононуклеарных клеток в Treg!клет!
с нокдаунами. Роль EV miR!19a в защите кардио!
ки [57]. В целом эти данные указывают на необ!
миоцитов была изначально продемонстрирова!
ходимость проведения протеомного анализа
на in vitro; экзосомы из GATA4!экспрессирую!
препаратов CM с целью устранения колебаний
щих MSC, обогащенных miR!19a, продемон!
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
MSC!CM В ДОКЛИНИЧЕСКИХ И КЛИНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ
1711
стрировали повышенную способность восста!
дулирующего белка TSG6 в защите от бронхоле!
навливать сердечную функцию [36]. BM!MSC с
гочной дисплазии [45]. Хотя авторы не обсужда!
повышенной экспрессией miR!let7c, подавляю!
ли роль мРНК TSG6, эффект, вызванный нокда!
щей TGF!бета, снижали постинфекционный
уном, был, скорее всего, обусловлен дефицитом
почечный фиброз более эффективно, чем конт!
как мРНК, так и белка в препарате EV.
рольные клетки; терапевтический эффект был
Аналогично с анализом белкового состава
опосредован EV [70]. Аналогично ASC с повы!
анализ РНК в препаратах CM желателен как для
шенной экспрессией miR!122, подавляющей
оптимизации препарата для конкретного прак!
синтез коллагена, более эффективно ограничи!
тического применения, так и для определения
вали развитие фиброза печени после воздей!
критериев контроля качества (QC - quality con!
ствия CCl4; и снова было показано, что этот эф!
trol), необходимых для доклинической провер!
фект был опосредован EV [71]. EV из MSC с по!
ки терапевтического потенциала препарата.
вышенной экспрессией кластера miR 17!92, да!
Учитывая разнообразие типов РНК в EV и наши
ющего начало индивидуальным miРНК (miR!17,
ограниченные знания о важности конкретной
miR!18a, miR!19a, miR!19b, miR!20a и miR!
miРНК, lncRNA или мРНК для конкретного те!
92a), продемонстрировали улучшенные нейро!
рапевтического эффекта, каждый производи!
регенеративные свойства в модели инфаркта
тель должен будет разработать свою собствен!
мозга [35].
ную эффективную стратегию анализа РНК!
Другой класс некодирующих регуляторов ге!
компонентов, наиболее важных для предполага!
нов, а именно длинные некодирующие РНК,
емого клинического применения.
также играют роль в опосредованных EV эффек!
Липиды. По сравнению с белками и нуклеи!
тах. Недавно были подробно описаны различ!
новыми кислотами вклад липидов в терапевти!
ные lncРНК, выявленные в MSC EV [72]. Коли!
ческий потенциал CM изучен в гораздо мень!
чественная ПЦР с обратной транскрипцией
шей мере. Недавно проведенное сравнение по!
(qRT!PCR) идентифицировала Y RNA 1 как од!
тенциала MSC, полученных от различных доно!
ну из lncRNA, наиболее широко представлен!
ров, в модели травматического повреждения
ных в MSC EV по сравнению с родительскими
мозга показало, что есть хорошая корреляция
MSC. Специфический нокдаун Y RNA 1 привел
между терапевтическим действием и секрецией
к понижению способности EV защищать гепа!
простагландина PGE2 [75]. Авторы предположи!
тоциты от апоптоза, указывая на значительный
ли, что уровень PGE2 может быть использован в
вклад Y!RNA!1 в защитный эффект MSC EV в
качестве маркера, коррелирующего с эффектив!
модели повреждения печени [40].
ностью препаратов MSC, применяемых для ле!
Роль мРНК, переносимых EV, также была
чения травматического повреждения мозга. Так
подтверждена на специфических моделях. Пер!
как фактор секретируется в среду, это же пред!
воначальное доказательство переноса мРНК EV
положение применимо и к препаратам CM.
было получено, когда клетки человека, обрабо!
танные EV мышей, стали синтезировать белки
мышей [73]. В MSC EV можно обнаружить
РАЗРАБОТКА БЕСКЛЕТОЧНЫХ
мРНК многих биоактивных факторов. Так, BM!
КОНДИЦИОННЫХ СРЕД В КАЧЕСТВЕ
MSC EV содержат значительные количества
ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ
мРНК фактора KGF, обладающего свойством
усиливать барьерную функцию эндотелия и
Как было описано в предыдущих разделах
эпителия. Нокдаун мРНК KGF с помощью
этого обзора, препараты CM и EV, генерирован!
siРНК вызывал снижение способности EV за!
ные культурой MSC, представляют потенциаль!
щищать легкие в модели повреждения легких,
ные терапевтические средства для многочислен!
индуцированного эндотоксином [74]. Можно
ных заболеваний, нуждающихся в разработке
дискутировать, был ли этот эффект обусловлен в
новых медицинских подходов. По сравнению с
первую очередь снижением количества мРНК
клеточными препаратами бесклеточные CM и
или белка в EV. Авторы утверждали, что тем ма!
EV обладают рядом существенных преиму!
лым количеством KGF, которое могло быть дос!
ществ, касающихся безопасности и простоты
тавлено EV, нельзя было объяснить увеличение
обращения с препаратом. Чтобы продвинуть
уровня KGF в клетках легких, обработанных EV.
этот новый класс терапевтических средств до
С помощью аналогичного подхода была доказа!
стадии клинических испытаний и в конечном
на роль мРНК и белка VEGF в защитном эф!
итоге перейти к стадии коммерциализации про!
фекте EV от повреждения легких новорожден!
дукта и его широкому применению, исследова!
ных при гипероксии [44]. В той же модели нок!
тели и разработчики должны разработать:
даун с siРНК помог определить роль иммуномо!
1) процессы, соответствующие требованиям
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
1712
БОГАЧЕВА, КОЛМАН
клинического производства (GMP) и масшта!
подходы, такие как добавление сахаров (трега!
бируемые до уровня, необходимого для коммер!
лозы или маннитола) фармацевтической чисто!
ческого производства; 2) критерии контроля ка!
ты, могут облегчить приготовление лиофилизи!
чества, являющиеся практичными с точки зре!
рованных препаратов, сохраняющих их биоло!
ния реализации и позволяющими при доклини!
гический потенциал и физические свойства (от!
ческом исследовании определить терапевтичес!
сутствие осадка после растворения и т.д.) [79].
кую эффективность продукта. Регуляторные
Применение таких относительно простых ре!
требования, разрабатываемые для продуктов на
цептур учеными, проводящими доклинические
базе MSC, и уровень безопасности, продемост!
исследования в этой области, могло бы умень!
рированный клеточной терапией на основе
шить различия в получаемых из!за варьирую!
MSC, должны облегчить развитие терапии на
щей стабильности препаратов результатах и об!
основе бесклеточных продуктов MSC.
легчить возможность перехода бесклеточных
Разработчики бесклеточных продуктов, на!
препаратов к клиническим испытаниям.
целенные на стандартизацию производственно!
Суммируя сказанное, хочется подчеркнуть,
го процесса, должны сфокусироваться на выбо!
что методы производства концентратов CM и
ре: 1) источника клеток позволяющего генери!
изолятов EV, используемых в исследованиях,
ровать партии продукта коммерческого масшта!
широко варьируют, и в настоящее время мало
ба; 2) адгезивной 2D!культуры клеток или куль!
известно о том, как изменение индивидуаль!
туры в биореакторе; 3) культуральной среды для
ных, а тем более множественных условий произ!
размножения клеток и кондиционирования;
водства отразится на составе и эффективности
4) процесса, обеспечивающего получение кон!
продукта. С этой целью стандартизация произ!
центратов CM или изолятов EV с желаемым со!
водственного процесса и тщательная характе!
ставом; 5) формы конечного продукта (скон!
ристика бесклеточных препаратов на ранних
центрированный, замороженный, лиофилизи!
этапах разработки имеют первостепенное зна!
рованный, с консервантами, стабилизаторами и
чение для максимального развития этого класса
т.д.) и способа упаковки.
фармацевтических препаратов, характеризуе!
Представленные в настоящем обзоре доказа!
мых не определенной формулой, а определен!
тельства демонстрируют, что эффективные те!
ными условиями производства («продукт как
рапевтические препараты CM или EV могут
результат процесса»).
быть приготовлены из множественных линий
MSC. Однако следует учитывать, что большая
Концентраты кондиционной среды и изоля!
часть представленных в литературе данных по!
ты EV представляют новый класс терапевтичес!
лучена при изучении препаратов, полученных
ких средств с широким спектром применения
при культивировании клеток с низким числом
для лечения заболеваний и повреждений орга!
пассажей и выращенных в условиях культивиро!
нов. Несмотря на то что методы приготовления
вания, принятых в лабораториях. В связи с тем,
этих препаратов варьируют, в доклинических
что состав секретома МSC и его активность за!
исследованиях они показали свою эффектив!
висят от числа пассажей клеток и условий их
ность при отсутствии существенных проблем,
культивирования [76, 77], крайне важно выра!
касающихся их безопасности. Некоторые бес!
ботать условия, позволяющие масштабировать
клеточные препараты уже продемонстрировали
производство до сотен и тысяч литров среды,
обнадеживающие результаты на ранних стадиях
одновременно поддерживая биологическую ак!
клинических испытаний. Накопленные резуль!
тивность секретома. Кроме необходимости раз!
таты говорят о широком диапазоне возможнос!
работки методов масштабирования клеточной
тей для разработки фармакологических продук!
культуры для генерации CM и EV, существует
тов, адаптированных для конкретных клиничес!
также необходимость разработки последующего
ких применений. Была показана связь между от!
процесса обработки среды, совместимого с пра!
дельными белковыми, нуклеиновыми и липид!
вилами GMP и пригодного для получения ста!
ными компонентами бесклеточных препаратов,
бильного фармацевтического продукта в форме,
с одной стороны, и терапевтическим потенциа!
готовой для практического применения. Напри!
лом в определенной модели болезни, с другой.
мер, рутинные лабораторные методы заморажи!
Однако многофакторный анализ состава препа!
вания EV могут приводить к потере определен!
ратов в контексте их терапевтического потенци!
ной части везикул [78], и добавление ДМСО в
ала еще предстоит разработать. В настоящем об!
качестве защитного средства будет снижать по!
зоре подчеркнута необходимость для исследова!
тери EV при криопрезервации. Но ДМСО необ!
телей и разработчиков бесклеточных препара!
ходимо будет удалять из продукта перед его кли!
тов сфокусироваться на стандартизации произ!
ническим применением. Более практичные
водственных процессов и методов, а также вы!
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
MSC!CM В ДОКЛИНИЧЕСКИХ И КЛИНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ
1713
работке ключевых параметров для характерис!
CM для лечения синдрома острого дыхательно!
тики препаратов.
го дистресса. Доктор Колман является главным
исполнительным директором Theratome Bio Inc,
биотехнологической стартап!компании, разра!
Финансирование. Данная работа была вы!
батывающей продукты на основе ASC!CM для
полнена при частичной поддержке Националь!
клинических испытаний.
ного института изучения диабета, болезней пи!
Соблюдение этических норм. В данной статье
щеварительной системы и почек (грант № R41
не содержатся описания исследований, выпол!
1R41DK115317) (доктор Колман).
ненных авторами с участием людей или исполь!
Конфликт интересов. У доктора Богачевой
зования животных в качестве объектов исследо!
имеется патент, позволяющий применять ASC! вания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Squillaro, T., Peluso, G., and Galderisi, U. (2016) Clinical
11.
Chang, M.G., Tung, L., Sekar, R.B., Chang, C.Y., Cysyk, J.,
trials with mesenchymal stem cells: an update, Cell
Dong, P., Marban, E., and Abraham, M.R.
(2006)
Transplant., 25, 829-848, doi: 10.3727/096368915x689622.
Proarrhythmic potential of mesenchymal stem cell trans!
2.
Galipeau, J., and Sensebe, L. (2018) Mesenchymal stromal
plantation revealed in an in vitro coculture model,
cells: clinical challenges and therapeutic opportunities, Cell
Circulation, 113, 1832-1841, doi: 10.1161/circulationaha.
Stem Cell, 22, 824-833, doi: 10.1016/j.stem.2018.05.004.
105.593038.
3.
Olsen, T.R., Ng, K.S., Lock, L.T., Ahsan, T., and Rowley, J.A.
12.
Breitbach, M., Bostani, T., Roell, W., Xia, Y., Dewald, O.,
(2018) Peak MSC!are we there yet? Front. Med.
Nygren, J.M., Fries, J.W., Tiemann, K., Bohlen, H.,
(Lausanne), 5, 178, doi: 10.3389/fmed.2018.00178.
Hescheler, J., Welz, A., Bloch, W., Jacobsen, S.E., and
4.
Kuzmina, L.A., Petinati, N.A., Parovichnikova, E.N.,
Fleischmann, B.K. (2007) Potential risks of bone marrow
Lubimova, L.S., Gribanova, E.O., Gaponova, T.V.,
cell transplantation into infarcted hearts, Blood, 110,
Shipounova, I.N., Zhironkina, O.A., Bigildeev, A.E.,
1362-1369, doi: 10.1182/blood!2006!12!063412.
Svinareva, D.A., Drize, N.J., and Savchenko, V.G. (2012)
13.
Moll, G., Alm, J.J., Davies, L.C., von Bahr, L., Heldring, N.,
Multipotent mesenchymal stromal cells for the prophylax!
Stenbeck!Funke, L., Hamad, O.A., Hinsch, R.,
is of acute graft!versus!host disease!a phase II study, Stem
Ignatowicz, L., Locke, M., Lonnies, H., Lambris, J.D.,
Cells Int., 2012, 968213, doi: 10.1155/2012/968213.
Teramura, Y., Nilsson!Ekdahl, K., Nilsson, B., and Le
5.
Kuzmina, L.A., Petinati, N.A., Shipounova, I.N.,
Blanc, K. (2014) Do cryopreserved mesenchymal stromal
Sats, N.V., Bigildeev, A.E., Zezina, E.A., Popova, M.D.,
cells display impaired immunomodulatory and therapeutic
Drize, N.J., Parovichnikova, E.N., and Savchenko, V.G.
properties?
Stem
Cells,
32,
2430-2442,
(2016) Analysis of multipotent mesenchymal stromal cells
doi: 10.1002/stem.1729.
used for acute graft!versus!host disease prophylaxis, Eur. J.
14.
Bruno, S., Collino, F., Deregibus, M.C., Grange, C.,
Haematol., 96, 425-434, doi: 10.1111/ejh.12613.
Tetta, C., and Camussi, G. (2013) Microvesicles derived
6.
Kuzmina, L.A., Petinati, N.A., Sats, N.V., Drize, N.J.,
from human bone marrow mesenchymal stem cells inhibit
Risinskaya, N.V., Sudarikov, A.B., Vasilieva, V.A.,
tumor growth, Stem Cells Dev., 22, 758-771, doi: 10.1089/
Drokov, M.Y., Michalzova, E.D., Parovichnikova, E.N.,
scd.2012.0304.
and Savchenko, V.G. (2016) Long!term survival of donor
15.
Wu, S., Ju, G.Q., Du, T., Zhu, Y.J., and Liu, G.H. (2013)
bone marrow multipotent mesenchymal stromal cells
Microvesicles derived from human umbilical cord
implanted into the periosteum of patients with allogeneic
Wharton’s jelly mesenchymal stem cells attenuate bladder
graft failure, Int. J. Hematol., 104, 403-407, doi: 10.1007/
tumor cell growth in vitro and in vivo, PLoS One, 8, e61366,
s12185!016!2014!2.
doi: 10.1371/journal.pone.0061366.
7.
Petinati, N., Drize, N., Sats, N., Risinskaya, N.,
16.
Qi, J., Zhou, Y., Jiao, Z., Wang, X., Zhao, Y., Li, Y., Chen, H.,
Sudarikov, A., Drokov, M., Dubniak, D., Kraizman, A.,
Yang, L., Zhu, H., and Li, Y. (2017) Exosomes derived
Nareyko, M., Popova, N., Firsova, M., Kuzmina, L.,
from human bone marrow mesenchymal stem cells pro!
Parovichnikova, E., and Savchenko, V. (2018) Recovery of
mote tumor growth through hedgehog signaling pathway,
donor hematopoiesis after graft failure and second
Cell. Physiol. Biochem., 42, 2242-2254, doi: 10.1159/
hematopoietic stem cell transplantation with intraosseous
000479998.
administration of mesenchymal stromal cells, Stem Cells
17.
Vallabhaneni, K.C., Penfornis, P., Dhule, S., Guillonneau, F.,
Int., 2018, 6495018, doi: 10.1155/2018/6495018.
Adams, K.V., Mo, Y.Y., Xu, R., Liu, Y., Watabe, K.,
8.
Caplan, A.I. (2017) Mesenchymal stem cells: time to
Vemuri, M.C., and Pochampally, R. (2015) Extracellular
change the name! Stem Cells Transl. Med., 6, 1445-1451,
vesicles from bone marrow mesenchymal stem/stromal
doi: 10.1002/sctm.17!0051.
cells transport tumor regulatory microRNA, proteins, and
9.
Gnecchi, M., Zhang, Z., Ni, A., and Dzau, V.J. (2008)
metabolites, Oncotarget, 6, 4953-4967, doi: 10.18632/
Paracrine mechanisms in adult stem cell signaling and
oncotarget.3211.
therapy, Circ. Res., 103, 1204-1219, doi: 10.1161/circresaha.
18.
Yang, Y., Bucan, V., Baehre, H., von der Ohe, J., Otte, A.,
108.176826.
and Hass, R. (2015) Acquisition of new tumor cell proper!
10.
Rehman, J., Traktuev, D., Li, J., Merfeld!Clauss, S.,
ties by MSC!derived exosomes, Int. J. Oncol., 47,
Temm!Grove, C.J., Bovenkerk, J.E., Pell, C.L.,
244-252, doi: 10.3892/ijo.2015.3001.
Johnstone, B.H., Considine, R.V., and March, K.L. (2004)
19.
Pascucci, L., Cocce, V., Bonomi, A., Ami, D., Ceccarelli, P.,
Secretion of angiogenic and antiapoptotic factors by
Ciusani, E., Vigano, L., Locatelli, A., Sisto, F., Doglia, S.M.,
human adipose stromal cells, Circulation, 109, 1292-1298,
Parati, E., Bernardo, M.E., Muraca, M., Alessandri, G.,
doi: 10.1161/01.CIR.0000121425.42966.F1.
Bondiolotti, G., and Pessina, A. (2014) Paclitaxel is incor!
13 БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
1714
БОГАЧЕВА, КОЛМАН
porated by mesenchymal stromal cells and released in exo!
hypothesis for Akt!modified mesenchymal stem cell!medi!
somes that inhibit in vitro tumor growth: a new approach
ated cardiac protection and functional improvement,
for drug delivery, J. Control. Release, 192, 262-270,
FASEB J., 20, 661-669, doi: 10.1096/fj.05!5211com.
doi: 10.1016/j.jconrel.2014.07.042.
32.
Wang, X., Chen, Y., Zhao, Z., Meng, Q., Yu, Y., Sun, J.,
20.
Vakhshiteh, F., Atyabi, F., and Ostad, S.N.
(2019)
Yang, Z., Chen, Y., Li, J., Ma, T., Liu, H., Li, Z., Yang, J.,
Mesenchymal stem cell exosomes: a two!edged sword in
and Shen, Z. (2018) Engineered exosomes with ischemic
cancer therapy, Int. J. Nanomedicine, 14, 2847-2859,
myocardium!targeting peptide for targeted therapy in
doi: 10.2147/ijn.S200036.
myocardial infarction, J. Am. Heart Assoc., 7, e008737,
21.
Deng, H., Sun, C., Sun, Y., Li, H., Yang, L., Wu, D., Gao, Q.,
doi: 10.1161/jaha.118.008737.
and Jiang, X. (2018) Lipid, protein, and microRNA com!
33.
Bhang, S.H., Lee, S., Shin, J.Y., Lee, T.J., Jang, H.K., and
position within mesenchymal stem cell!derived exosomes,
Kim, B.S. (2014) Efficacious and clinically relevant condi!
Cell. Reprogram.,
20,
178-186, doi:
10.1089/
tioned medium of human adipose!derived stem cells for
cell.2017.0047.
therapeutic angiogenesis, Mol. Ther.,
22,
862-872,
22.
Dahbour, S., Jamali, F., Alhattab, D., Al!Radaideh, A.,
doi: 10.1038/mt.2013.301.
Ababneh, O., Al!Ryalat, N., Al!Bdour, M., Hourani, B.,
34.
Kwon, S.H., Bhang, S.H., Jang, H.K., Rhim, T., and
Msallam, M., Rasheed, M., Huneiti, A., Bahou, Y.,
Kim, B.S. (2015) Conditioned medium of adipose!derived
Tarawneh, E., and Awidi, A. (2017) Mesenchymal stem
stromal cell culture in three!dimensional bioreactors for
cells and conditioned media in the treatment of multiple
enhanced wound healing, J. Surg. Res., 194, 8-17,
sclerosis patients: clinical, ophthalmological and radiolog!
doi: 10.1016/j.jss.2014.10.053.
ical assessments of safety and efficacy, CNS Neurosci.
35.
Xin, H., Katakowski, M., Wang, F., Qian, J.Y., Liu, X.S.,
Ther., 23, 866-874, doi: 10.1111/cns.12759.
Ali, M.M., Buller, B., Zhang, Z.G., and Chopp, M. (2017)
23.
Kordelas, L., Rebmann, V., Ludwig, A.K., Radtke, S.,
MicroRNA cluster miR!17!92 cluster in exosomes
Ruesing, J., Doeppner, T.R., Epple, M., Horn, P. A.,
enhance neuroplasticity and functional recovery after
Beelen, D.W., and Giebel, B. (2014) MSC!derived exo!
stroke in rats, Stroke, 48, 747-753, doi: 10.1161/strokeaha.
somes: a novel tool to treat therapy!refractory graft!versus!
116.015204.
host disease, Leukemia, 28, 970-973, doi: 10.1038/
36.
Yu, B., Kim, H.W., Gong, M., Wang, J., Millard, R.W.,
leu.2014.41.
Wang, Y., Ashraf, M., and Xu, M. (2015) Exosomes secret!
24.
Nassar, W., El!Ansary, M., Sabry, D., Mostafa, M.A.,
ed from GATA!4 overexpressing mesenchymal stem cells
Fayad, T., Kotb, E., Temraz, M., Saad, A.N., Essa, W., and
serve as a reservoir of anti!apoptotic microRNAs for car!
Adel, H. (2016) Umbilical cord mesenchymal stem cells
dioprotection, Int. J. Cardiol.,
182,
349-360,
derived extracellular vesicles can safely ameliorate the pro!
doi: 10.1016/j.ijcard.2014.12.043.
gression of chronic kidney diseases, Biomater. Res., 20, 21,
37.
Li, H., Liu, D., Li, C., Zhou, S., Tian, D., Xiao, D.,
doi: 10.1186/s40824!016!0068!0.
Zhang, H., Gao, F., and Huang, J. (2017) Exosomes
25.
Zhou, B.R., Xu, Y., Guo, S.L., Xu, Y., Wang, Y., Zhu, F.,
secreted from mutant!HIF!1alpha!modified bone!mar!
Permatasari, F., Wu, D., Yin, Z.Q., and Luo, D. (2013)
row!derived mesenchymal stem cells attenuate early
The effect of conditioned media of adipose!derived stem
steroid!induced avascular necrosis of femoral head in rab!
cells on wound healing after ablative fractional carbon
bit, Cell Biol. Int.,
41,
1379-1390, doi:
10.1002/
dioxide laser resurfacing, Biomed. Res. Int., 2013, 519126,
cbin.10869.
doi: 10.1155/2013/519126.
38.
Bruno, S., Tapparo, M., Collino, F., Chiabotto, G.,
26.
Fukuoka, H., Narita, K., and Suga, H. (2017) Hair regen!
Deregibus, M.C., Soares Lindoso, R., Neri, F., Kholia, S.,
eration therapy: application of adipose!derived stem cells,
Giunti, S., Wen, S., Quesenberry, P., and Camussi, G.
Curr. Stem Cell Res. Ther.,
12,
531-534,
(2017) Renal regenerative potential of different extracellu!
doi: 10.2174/1574888x12666170522114307.
lar vesicle populations derived from bone marrow mes!
27.
Shin, H., Won, C.H., Chung, W.K., and Park, B.S. (2017)
enchymal stromal cells, Tissue Eng. Part A, 23, 1262-1273,
Up!to!date clinical trials of hair regeneration using condi!
doi: 10.1089/ten.TEA.2017.0069.
tioned media of adipose!derived stem cells in male and
39.
Wen, S., Dooner, M., Cheng, Y., Papa, E., Del Tatto, M.,
female pattern hair loss, Curr. Stem Cell Res. Ther., 12,
Pereira, M., Deng, Y., Goldberg, L., Aliotta, J.,
524-530, doi: 10.2174/1574888x12666170504120244.
Chatterjee, D., Stewart, C., Carpanetto, A., Collino, F.,
28.
Katagiri, W., Watanabe, J., Toyama, N., Osugi, M.,
Bruno, S., Camussi, G., and Quesenberry, P.
(2016)
Sakaguchi, K., and Hibi, H. (2017) Clinical study of bone
Mesenchymal stromal cell!derived extracellular vesicles
regeneration by conditioned medium from mesenchymal
rescue radiation damage to murine marrow hematopoietic
stem cells after maxillary sinus floor elevation, Implant
cells, Leukemia,
30,
2221-2231, doi:
10.1038/
Dent., 26, 607-612, doi: 10.1097/id.0000000000000618.
leu.2016.107.
29.
Fujita, Y., Kadota, T., Araya, J., Ochiya, T., and Kuwano, K.
40.
Haga, H., Yan, I. K., Takahashi, K., Matsuda, A., and
(2018) Clinical application of mesenchymal stem cell!
Patel, T. (2017) Extracellular vesicles from bone marrow!
derived extracellular vesicle!based therapeutics for inflam!
derived mesenchymal stem cells improve survival from
matory lung diseases, J. Clin. Med., 7, doi: 10.3390/
lethal hepatic failure in mice, Stem Cells Transl. Med., 6,
jcm7100355.
1262-1272, doi: 10.1002/sctm.16!0226.
30.
Balducci, L., Blasi, A., Saldarelli, M., Soleti, A., Pessina, A.,
41.
Lu, H., Poirier, C., Cook, T., Traktuev, D.O., Merfeld!
Bonomi, A., Cocce, V., Dossena, M., Tosetti, V., Ceserani, V.,
Clauss, S., Lease, B., Petrache, I., March, K.L., and
Navone, S.E., Falchetti, M.L., Parati, E.A., and
Bogatcheva, N.V. (2015) Conditioned media from adipose
Alessandri, G. (2014) Immortalization of human adipose!
stromal cells limit lipopolysaccharide!induced lung injury,
derived stromal cells: production of cell lines with high
endothelial hyperpermeability and apoptosis, J. Transl.
growth rate, mesenchymal marker expression and capabil!
Med., 13, 67, doi: 10.1186/s12967!015!0422!3.
ity to secrete high levels of angiogenic factors, Stem Cell
42.
Devaney, J., Horie, S., Masterson, C., Elliman, S., Barry, F.,
Res. Ther., 5, 63, doi: 10.1186/scrt452.
O’Brien, T., Curley, G.F., O’Toole, D., and Laffey, J.G.
31.
Gnecchi, M., He, H., Noiseux, N., Liang, O.D., Zhang, L.,
(2015) Human mesenchymal stromal cells decrease the
Morello, F., Mu, H., Melo, L. G., Pratt, R.E., Ingwall, J.S.,
severity of acute lung injury induced by E. coli in the rat,
and Dzau, V.J. (2006) Evidence supporting paracrine
Thorax, 70, 625-635, doi: 10.1136/thoraxjnl!2015!206813.
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
MSC!CM В ДОКЛИНИЧЕСКИХ И КЛИНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ
1715
43.
Monsel, A., Zhu, Y.G., Gennai, S., Hao, Q., Hu, S.,
55.
Sioud, M., Mobergslien, A., Boudabous, A., and Floisand,
Rouby, J.J., Rosenzwajg, M., Matthay, M.A., and Lee, J.W.
Y. (2011) Mesenchymal stem cell!mediated T cell suppres!
(2015) Therapeutic effects of human mesenchymal stem
sion occurs through secreted galectins, Int. J. Oncol., 38,
cell!derived microvesicles in severe Pneumonia in mice,
385-390, doi: 10.3892/ijo.2010.869.
Am. J. Respir. Crit. Care Med., 192, 324-336, doi: 10.1164/
56.
He, Y., Zhou, S., Liu, H., Shen, B., Zhao, H., Peng, K.,
rccm.201410!1765OC.
and Wu, X. (2015) Indoleamine 2, 3!Dioxgenase transfect!
44.
Ahn, S.Y., Park, W.S., Kim, Y.E., Sung, D.K., Sung, S.I.,
ed mesenchymal stem cells induce kidney allograft toler!
Ahn, J.Y., and Chang, Y.S. (2018) Vascular endothelial
ance by increasing the production and function of regula!
growth factor mediates the therapeutic efficacy of mes!
tory T Cells, Transplantation,
99,
1829-1838,
enchymal stem cell!derived extracellular vesicles against
doi: 10.1097/tp.0000000000000856.
neonatal hyperoxic lung injury, Exp. Mol. Med., 50, 26,
57.
Zhang, Q., Fu, L., Liang, Y., Guo, Z., Wang, L., Ma, C.,
doi: 10.1038/s12276!018!0055!8.
and Wang, H. (2018) Exosomes originating from MSCs
45.
Chaubey, S., Thueson, S., Ponnalagu, D., Alam, M.A.,
stimulated with TGF!beta and IFN!gamma promote Treg
Gheorghe, C.P., Aghai, Z., Singh, H., and Bhandari, V.
differentiation, J. Cell. Physiol.,
233,
6832-6840,
(2018) Early gestational mesenchymal stem cell secretome
doi: 10.1002/jcp.26436.
attenuates experimental bronchopulmonary dysplasia in
58.
Bruno, S., Grange, C., Deregibus, M.C., Calogero, R.A.,
part via exosome!associated factor TSG!6, Stem Cell Res.
Saviozzi, S., Collino, F., Morando, L., Busca, A., Falda, M.,
Ther., 9, 173, doi: 10.1186/s13287!018!0903!4.
Bussolati, B., Tetta, C., and Camussi, G.
(2009)
46.
Eirin, A., Zhu, X.Y., Jonnada, S., Lerman, A., van Wijnen, A.J.,
Mesenchymal stem cell!derived microvesicles protect
and Lerman, L.O. (2018) Mesenchymal stem cell!derived
against acute tubular injury, J. Am. Soc. Nephrol., 20,
extracellular vesicles improve the renal microvasculature in
1053-1067, doi: 10.1681/asn.2008070798.
metabolic renovascular disease in swine, Cell Transplant.,
59.
Gatti, S., Bruno, S., Deregibus, M.C., Sordi, A.,
27, 1080-1095, doi: 10.1177/0963689718780942.
Cantaluppi, V., Tetta, C., and Camussi, G.
(2011)
47.
Meng, Y., Eirin, A., Zhu, X.Y., O’Brien, D.R., Lerman, A.,
Microvesicles derived from human adult mesenchymal
van Wijnen, A.J., and Lerman, L.O. (2018) The metabolic
stem cells protect against ischaemia!reperfusion!induced
syndrome modifies the mRNA expression profile of extra!
acute and chronic kidney injury, Nephrol. Dial. Transpl.,
cellular vesicles derived from porcine mesenchymal stem
26, 1474-1483, doi: 10.1093/ndt/gfr015.
cells, Diabet. Metab. Syndr., 10, 58, doi: 10.1186/s13098!
60.
Harting, M.T., Srivastava, A.K., Zhaorigetu, S., Bair, H.,
018!0359!9.
Prabhakara, K.S., Toledano Furman, N.E., Vykoukal, J.V.,
48.
Reis, L.A., Borges, F.T., Simoes, M.J., Borges, A.A.,
Ruppert, K.A., Cox, C.S. Jr., and Olson, S.D. (2018)
Sinigaglia!Coimbra, R., and Schor, N. (2012) Bone mar!
Inflammation!stimulated mesenchymal stromal cell!
row!derived mesenchymal stem cells repaired but did not
derived extracellular vesicles attenuate inflammation, Stem
prevent gentamicin!induced acute kidney injury through
Cells, 36, 79-90, doi: 10.1002/stem.2730.
paracrine effects in rats, PLoS One,
7, e44092,
61.
Collino, F., Bruno, S., Incarnato, D., Dettori, D., Neri, F.,
doi: 10.1371/journal.pone.0044092.
Provero, P., Pomatto, M., Oliviero, S., Tetta, C.,
49.
Zisa, D., Shabbir, A., Suzuki, G., and Lee, T. (2009)
Quesenberry, P.J., and Camussi, G. (2015) AKI recovery
Vascular endothelial growth factor (VEGF) as a key thera!
induced by mesenchymal stromal cell!derived extracellular
peutic trophic factor in bone marrow mesenchymal stem
vesicles carrying microRNAs, J. Am. Soc. Nephrol., 26,
cell!mediated cardiac repair, Biochem. Biophys. Res.
2349-2360, doi: 10.1681/asn.2014070710.
Commun., 390, 834-838, doi: 10.1016/j.bbrc.2009.10.058.
62.
Qiu, G., Zheng, G., Ge, M., Wang, J., Huang, R., Shu, Q.,
50.
Katsuda, T., Tsuchiya, R., Kosaka, N., Yoshioka, Y.,
and Xu, J. (2018) Mesenchymal stem cell!derived extracel!
Takagaki, K., Oki, K., Takeshita, F., Sakai, Y., Kuroda, M.,
lular vesicles affect disease outcomes via transfer of
and Ochiya, T. (2013) Human adipose tissue!derived mes!
microRNAs, Stem Cell Res. Ther.,
9,
320,
enchymal stem cells secrete functional neprilysin!bound
doi: 10.1186/s13287!018!1069!9.
exosomes, Sci. Rep., 3, 1197, doi: 10.1038/srep01197.
63.
Xin, H., Li, Y., Liu, Z., Wang, X., Shang, X., Cui, Y.,
51.
Zhang, B., Wang, M., Gong, A., Zhang, X., Wu, X., Zhu, Y.,
Zhang, Z. G., and Chopp, M. (2013) MiR!133b promotes
Shi, H., Wu, L., Zhu, W., Qian, H., and Xu, W. (2015)
neural plasticity and functional recovery after treatment of
HucMSC!exosome mediated!Wnt4 signaling is required
stroke with multipotent mesenchymal stromal cells in rats
for cutaneous wound healing, Stem Cells, 33, 2158-2168,
via transfer of exosome!enriched extracellular particles,
doi: 10.1002/stem.1771.
Stem Cells, 31, 2737-2746, doi: 10.1002/stem.1409.
52.
Zhang, B., Wu, X., Zhang, X., Sun, Y., Yan, Y., Shi, H.,
64.
Gu, D., Zou, X., Ju, G., Zhang, G., Bao, E., and Zhu, Y.
Zhu, Y., Wu, L., Pan, Z., Zhu, W., Qian, H., and Xu, W.
(2016) Mesenchymal stromal cells derived extracellular
(2015) Human umbilical cord mesenchymal stem cell exo!
vesicles ameliorate acute renal ischemia reperfusion injury
somes enhance angiogenesis through the Wnt4/beta!
by inhibition of mitochondrial fission through miR!30,
catenin pathway, Stem Cells Transl. Med., 4, 513-522,
Stem Cells Int., 2016, 2093940, doi: 10.1155/2016/
doi: 10.5966/sctm.2014!0267.
2093940.
53.
Yan, Y., Jiang, W., Tan, Y., Zou, S., Zhang, H., Mao, F.,
65.
Feng, Y., Huang, W., Wani, M., Yu, X., and Ashraf, M.
Gong, A., Qian, H., and Xu, W. (2017) hucMSC exosome!
(2014) Ischemic preconditioning potentiates the protective
derived GPX1 is required for the recovery of hepatic oxi!
effect of stem cells through secretion of exosomes by tar!
dant
injury,
Mol.
Ther.,
25,
465-479,
geting Mecp2 via miR!22, PLoS One,
9, e88685,
doi: 10.1016/j.ymthe.2016.11.019.
doi: 10.1371/journal.pone.0088685.
54.
Souza, B.S.F., da Silva, K.N., Silva, D.N., Rocha, V.P.C.,
66.
Wang, X., Gu, H., Qin, D., Yang, L., Huang, W.,
Paredes, B.D., Azevedo, C.M., Nonaka, C.K., Carvalho, G.B.,
Essandoh, K., Wang, Y., Caldwell, C.C., Peng, T.,
Vasconcelos, J.F., Dos Santos, R.R., and Soares, M.B.P.
Zingarelli, B., and Fan, G.C. (2015) Exosomal miR!223
(2017) Galectin!3 knockdown impairs survival, migration,
contributes to mesenchymal stem cell!elicited cardiopro!
and immunomodulatory actions of mesenchymal stromal
tection in polymicrobial sepsis, Sci. Rep., 5, 13721,
cells in a mouse model of chagas disease cardiomyopathy,
doi: 10.1038/srep13721.
Stem Cells Int., 2017, 3282656, doi: 10.1155/2017/
67.
Chen, L., Lu, F.B., Chen, D.Z., Wu, J.L., Hu, E.D.,
3282656.
Xu, L.M., Zheng, M.H., Li, H., Huang, Y., Jin, X.Y.,
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
13*
1716
БОГАЧЕВА, КОЛМАН
Gong, Y.W., Lin, Z., Wang, X.D., and Chen, Y.P. (2018)
80.
Ionescu, L., Byrne, R.N., van Haaften, T., Vadivel, A.,
BMSCs!derived miR!223!containing exosomes contribute
Alphonse, R.S., Rey!Parra, G.J., Weissmann, G., Hall, A.,
to liver protection in experimental autoimmune hepatitis,
Eaton, F., and Thebaud, B. (2012) Stem cell conditioned
Mol. Immunol., 93, 38-46, doi: 10.1016/j.molimm.2017.
medium improves acute lung injury in mice: in vivo evi!
11.008.
dence for stem cell paracrine action, Am. J. Physiol. Lung
68.
Fernandez!Messina, L., Gutierrez!Vazquez, C., Rivas!
Cell. Mol. Physiol., 303, L967-L977, doi: 10.1152/ajplung.
Garcia, E., Sanchez!Madrid, F., and de la Fuente, H.
00144.2011.
(2015) Immunomodulatory role of microRNAs transferred
81.
Rathinasabapathy, A., Bruce, E., Espejo, A., Horowitz, A.,
by extracellular vesicles, Biol. Cell,
107,
61-77,
Sudhan, D.R., Nair, A., Guzzo, D., Francis, J., Raizada, M.K.,
doi: 10.1111/boc.201400081.
Shenoy, V., and Katovich, M.J. (2016) Therapeutic poten!
69.
Hyun, J., Wang, S., Kim, J., Kim, G.J., and Jung, Y.
tial of adipose stem cell!derived conditioned medium
(2015) MicroRNA125b!mediated Hedgehog signaling
against pulmonary hypertension and lung fibrosis, Br. J.
influences liver regeneration by chorionic plate!derived
Pharmacol., 173, 2859-2879, doi: 10.1111/bph.13562.
mesenchymal stem cells, Sci. Rep.,
5,
14135,
82.
Ahmadi, M., Rahbarghazi, R., Aslani, M.R., Shahbazfar, A.A.,
doi: 10.1038/srep14135.
Kazemi, M., and Keyhanmanesh, R. (2017) Bone marrow
70.
Wang, B., Yao, K., Huuskes, B.M., Shen, H.H., Zhuang, J.,
mesenchymal stem cells and their conditioned media could
Godson, C., Brennan, E.P., Wilkinson!Berka, J.L., Wise,
potentially ameliorate ovalbumin!induced asthmatic
A.F., and Ricardo, S.D. (2016) Mesenchymal stem cells
changes, Biomed. Pharmacother., 85, 28-40, doi: 10.1016/
deliver exogenous microRNA!let7c via exosomes to atten!
j.biopha.2016.11.127.
uate renal fibrosis, Mol. Ther.,
24,
1290-1301,
83.
Parekkadan, B., van Poll, D., Suganuma, K., Carter, E.A.,
doi: 10.1038/mt.2016.90.
Berthiaume, F., Tilles, A.W., and Yarmush, M.L. (2007)
71.
Lou, G., Yang, Y., Liu, F., Ye, B., Chen, Z., Zheng, M.,
Mesenchymal stem cell!derived molecules reverse fulmi!
and Liu, Y. (2017) MiR!122 modification enhances the
nant hepatic failure, PLoS One, 2, e941, doi: 10.1371/
therapeutic efficacy of adipose tissue!derived mesenchy!
journal.pone.0000941.
mal stem cells against liver fibrosis, J. Cell. Mol. Med., 21,
84.
Bi, B., Schmitt, R., Israilova, M., Nishio, H., and Cantley, L. G.
2963-2973, doi: 10.1111/jcmm.13208.
(2007) Stromal cells protect against acute tubular injury via
72.
Fatima, F., Ekstrom, K., Nazarenko, I., Maugeri, M.,
an endocrine effect, J. Am. Soc. Nephrol., 18, 2486-2496,
Valadi, H., Hill, A.F., Camussi, G., and Nawaz, M. (2017)
doi: 10.1681/asn.2007020140.
Non!coding RNAs in mesenchymal stem cell!derived
85.
Kay, A.G., Long, G., Tyler, G., Stefan, A., Broadfoot, S.J.,
extracellular vesicles: deciphering regulatory roles in stem
Piccinini, A.M., Middleton, J., and Kehoe, O. (2017)
cell potency, inflammatory resolve, and tissue regenera!
Mesenchymal stem cell!conditioned medium reduces dis!
tion, Front. Genet., 8, 161, doi: 10.3389/fgene.2017.00161.
ease severity and immune responses in inflammatory
73.
Valadi, H., Ekstrom, K., Bossios, A., Sjostrand, M.,
arthritis, Sci. Rep., 7, 18019, doi: 10.1038/s41598!017!
Lee, J.J., and Lotvall, J.O. (2007) Exosome!mediated
18144!w.
transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism
86.
Linero, I., and Chaparro, O. (2014) Paracrine effect of
of genetic exchange between cells, Nat. Cell Biol., 9,
mesenchymal stem cells derived from human adipose tissue
654-659, doi: 10.1038/ncb1596.
in bone regeneration, PLoS One,
9, e107001,
74.
Zhu, Y.G., Feng, X.M., Abbott, J., Fang, X.H., Hao, Q.,
doi: 10.1371/journal.pone.0107001.
Monsel, A., Qu, J.M., Matthay, M.A., and Lee, J.W.
87.
Fontanilla, C.V., Gu, H., Liu, Q., Zhu, T.Z., Zhou, C.,
(2014) Human mesenchymal stem cell microvesicles for
Johnstone, B.H., March, K.L., Pascuzzi, R.M., Farlow, M.R.,
treatment of Escherichia coli endotoxin!induced acute lung
and Du, Y. (2015) Adipose!derived stem cell conditioned
injury in mice, Stem Cells, 32, 116-125, doi: 10.1002/
media extends survival time of a mouse model of amyo!
stem.1504.
trophic lateral sclerosis, Sci. Rep.,
5,
16953,
75.
Kota, D.J., Prabhakara, K.S., Toledano!Furman, N.,
doi: 10.1038/srep16953.
Bhattarai, D., Chen, Q., DiCarlo, B., Smith, P., Triolo, F.,
88.
Yamagata, M., Yamamoto, A., Kako, E., Kaneko, N.,
Wenzel, P.L., Cox, C.S., Jr., and Olson, S.D.
(2017)
Matsubara, K., Sakai, K., Sawamoto, K., and Ueda, M.
Prostaglandin E2 indicates therapeutic efficacy of mes!
(2013) Human dental pulp!derived stem cells protect
enchymal stem cells in experimental traumatic brain injury,
against hypoxic!ischemic brain injury in neonatal
Stem Cells, 35, 1416-1430, doi: 10.1002/stem.2603.
mice, Stroke, 44, 551-554, doi: 10.1161/strokeaha.112.
76.
Ozcan, S., Alessio, N., Acar, M.B., Mert, E., Omerli, F.,
676759.
Peluso, G., and Galderisi, U. (2016) Unbiased analysis of
89.
Bai, L., Lennon, D.P., Caplan, A.I., DeChant, A., Hecker, J.,
senescence associated secretory phenotype (SASP) to iden!
Kranso, J., Zaremba, A., and Miller, R.H.
(2012)
tify common components following different genotoxic
Hepatocyte growth factor mediates mesenchymal stem
stresses, Aging, 8, 1316-1329, doi: 10.18632/aging.100971.
cell!induced recovery in multiple sclerosis models, Nat.
77.
Sarkar, P., Redondo, J., Kemp, K., Ginty, M., Wilkins, A.,
Neurosci., 15, 862-870, doi: 10.1038/nn.3109.
Scolding, N.J., and Rice, C.M. (2018) Reduced neuropro!
90.
Suto, N., Mieda, T., Iizuka, A., Nakamura, K., and Hirai, H.
tective potential of the mesenchymal stromal cell secre!
(2016) Morphological and functional attenuation of
tome with ex vivo expansion, age and progressive multiple
degeneration of peripheral neurons by mesenchymal stem
sclerosis, Cytotherapy, 20, 21-28, doi: 10.1016/j.jcyt.2017.
cell!conditioned medium in spinocerebellar ataxia type 1!
08.007.
knock!in mice, CNS Neurosci. Ther., 22, 670-676,
78.
Romanov, Y.A., Volgina, N.E., Dugina, T.N., Kabaeva, N.V.,
doi: 10.1111/cns.12560.
and Sukhikh, G.T. (2019) Effect of storage conditions on
91.
Sun, J., Zhang, Y., Song, X., Zhu, J., and Zhu, Q. (2019)
the integrity of human umbilical cord mesenchymal stro!
The healing effects of conditioned medium derived from
mal cell!derived microvesicles, Bull. Exp. Biol. Med., 167,
mesenchymal stem cells on radiation!induced skin wounds
131-135, doi: 10.1007/s10517!019!04476!2.
in rats, Cell Transplant., 28, 105-115, doi: 10.1177/
79.
Charoenviriyakul, C., Takahashi, Y., Nishikawa, M., and
0963689718807410.
Takakura, Y. (2018) Preservation of exosomes at room tem!
92.
Lai, R.C., Arslan, F., Lee, M.M., Sze, N.S., Choo, A.,
perature using lyophilization, Int. J. Pharm., 553, 1-7,
Chen, T.S., Salto!Tellez, M., Timmers, L., Lee, C.N., El
doi: 10.1016/j.ijpharm.2018.10.032.
Oakley, R.M., Pasterkamp, G., de Kleijn, D.P., and Lim, S.K.
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
MSC!CM В ДОКЛИНИЧЕСКИХ И КЛИНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ
1717
(2010) Exosome secreted by MSC reduces myocardial
derived from multipluripotent mesenchymal stromal cells
ischemia/reperfusion injury, Stem Cell Res., 4, 214-222,
on functional recovery and neurovascular plasticity in rats
doi: 10.1016/j.scr.2009.12.003.
after traumatic brain injury, J. Neurosur., 122, 856-867,
93. Gangadaran, P., Rajendran, R.L., Lee, H.W., Kalimuthu, S.,
doi: 10.3171/2014.11.Jns14770.
Hong, C.M., Jeong, S.Y., Lee, S.W., Lee, J., and Ahn, B.C.
98. Perets, N., Hertz, S., London, M., and Offen, D. (2018)
(2017) Extracellular vesicles from mesenchymal stem cells
Intranasal administration of exosomes derived from mes!
activates VEGF receptors and accelerates recovery of
enchymal stem cells ameliorates autistic!like behaviors of
hindlimb ischemia, J. Control. Release, 264, 112-126,
BTBR mice, Mol. Autism, 9, 57, doi: 10.1186/s13229!018!
doi: 10.1016/j.jconrel.2017.08.022.
0240!6.
94. Cosenza, S., Ruiz, M., Toupet, K., Jorgensen, C., and
99. Huang, J.H., Yin, X.M., Xu, Y., Xu, C.C., Lin, X., Ye, F.B.,
Noel, D. (2017) Mesenchymal stem cells derived exosomes
Cao, Y., and Lin, F.Y. (2017) Systemic administration of
and microparticles protect cartilage and bone from degra!
exosomes released from mesenchymal stromal cells attenu!
dation in osteoarthritis, Sci. Rep.,
7,
16214,
ates apoptosis, inflammation, and promotes angiogenesis
doi: 10.1038/s41598!017!15376!8.
after spinal cord injury in rats, J. Neurotrauma, 34,
95. Doeppner, T.R., Herz, J., Gorgens, A., Schlechter, J.,
3388-3396, doi: 10.1089/neu.2017.5063.
Ludwig, A. K., Radtke, S., de Miroschedji, K., Horn, P.A.,
100. Curley, G.F., Ansari, B., Hayes, M., Devaney, J.,
Giebel, B., and Hermann, D.M. (2015) Extracellular vesi!
Masterson, C., Ryan, A., Barry, F., O’Brien, T., Toole, D.O.,
cles improve post!stroke neuroregeneration and prevent
and Laffey, J.G. (2013) Effects of intratracheal mesenchy!
postischemic immunosuppression, Stem Cells Transl. Med.,
mal stromal cell therapy during recovery and resolution
4, 1131-1143, doi: 10.5966/sctm.2015!0078.
after ventilator!induced lung injury, Anesthesiology, 118,
96. Wang, S.S., Jia, J., and Wang, Z. (2018) Mesenchymal
924-932, doi: 10.1097/ALN.0b013e318287ba08.
stem cell!derived extracellular vesicles suppresses iNOS
101. Hayes, M., Curley, G.F., Masterson, C., Devaney, J.,
expression and ameliorates neural impairment in
O’Toole, D., and Laffey, J.G. (2015) Mesenchymal stromal
Alzheimer’s disease mice, J. Alzheimer’s Dis.,
61,
cells are more effective than the MSC secretome in dimin!
1005-1013, doi: 10.3233/jad!170848.
ishing injury and enhancing recovery following ventilator!
97. Zhang, Y., Chopp, M., Meng, Y., Katakowski, M., Xin, H.,
induced lung injury, Intens. Care Med. Exp., 3, 29,
Mahmood, A., and Xiong, Y. (2015) Effect of exosomes
doi: 10.1186/s40635!015!0065!y.
CONDITIONED MEDIA OF MESENCHYMAL STROMAL CELLS:
A NEW CLASS OF THERAPEUTICS
Review
N. V. Bogatcheva1*,** and M. E. Coleman2
1 Division of Pulmonary and Critical Care, Department of Medicine, Indiana University School of Medicine,
IUPUI, Indianapolis, IN 46202, USA; E mail: nbogatch@iu.edu
2 Theratome Bio, Inc., Indianapolis, IN 46202, USA; E mail: mcoleman@theratomebio.com
Received June 2, 2019
Revised July 17, 2019
Accepted July 17, 2019
Mesenchymal stromal cells (MSC) represent a class of biological preparations with the perspective for employment
as immunomodulatory, tissue!protective and regenerative therapeutics. In parallel with cellular therapy, cell!free ther!
apy based on MSC!secreted bioactive factors is being actively developed. MSC secrete a variety of protein/peptides,
RNA and lipid mediators which can be concentrated, frozen or even lyophilized without loss of activity, giving cer!
tain advantage over cellular products requiring liquid nitrogen storage and infrastructure to revive frozen cells. This
review (i) describes currently conducted clinical trials of cell!free products containing secretome of MSC; (ii) sum!
marizes main approaches to generation and characterization of conditioned medium concentrates and extracellular
vesicle isolates; (iii) analyzes a variety of preclinical studies where effectiveness of secretome products was shown, and
(iv) summarizes current knowledge about bioactive components in secretome obtained from the analysis of in vivo
models where secretome therapeutic potential was tested.
Keywords: MSC, secretome, conditioned media, extracellular vesicles, exosomes
БИОХИМИЯ том 84 вып. 11 2019
