В строме костного мозга существует подмножество негематопоэтических клеток, называемых мезенхимальными стволовыми клетками (МСК). Эти клетки могут быть размножены и далее дифференцированы в другие типы клеток, что делает их уникальным инструментом клеточной терапии.

Клеточная терапия - одна из многообещающих стратегий современной медицины. Тканевая инженерия сердца и клеточные технологии, включающие и прямую инъекцию клеток, являются ключевыми подходами для лечения заболеваний сердца, однако, подобные методы сопряжены с рядом сложностей: функциональной активностью кардиомиоцитов после пересадки и возможность иммунного ответа со стороны тканей хозяина. Решением этих проблем служат стволовые клетки, полученные от пациента, например: индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, мезенхимальные стволовые клетки и другие. Способность таких клеток к дифференцировке в самые разные типы клеток делает возможным их использование в клеточной терапии. Остается проблема функциональной приживаемости клеток в ткани пациента.

Представляемая работа посвящена изучению паракринного эффекта при дифференцировке стволовых клеток и разработке нового метода доставки клеток в ткань сердца животного с последующей оценкой функциональной интеграции клеток. Паракринный эффект позволяет дифференцировать клетки непосредственно в ткани до терминальной стадии, что дает возможность создания межклеточных связей. Выявление этапов дифференцировки с помощью паракринного эффекта и возможности подсадки дифференцируемых клеток в ткань на разных этапах и являлись задачами данной работы. Для решения представленных задач в работе использовались МСК человека. Были поставлены и модифицированы протоколы выделения МСК из биопсии костного мозга человека. Получены клеточные линии МСК. Была выбрана оптимальная подложка, на которой достигалась необходимая плотность культуры за оптимальное время. Был получен один протокол дифференцировки из МСК в кардиомиоциты с помощью факторов, получаемых из параллельной дифференцировки ИПСк в кардиомиоциты с выходом около 10%. Полученные из МСК кардиомиоциты были охарактеризованы с помощью оптического картирования и иммуностейнинга. Полученная культура была доставлена в ткань сердца крысы на нановолоконных структурах, обеспечивающих более эффективную функциональную интеграцию клеток. В дальнейшем планируется совершенствование протокола дифференцировки МСК в кардиомиоциты и метода доставки клеток для достижения более качественной функциональной интеграции.

In the stroma of the bone marrow, there is a subset of non-hematopoietic cells called mesenchymal stem cells (MSCs). These cells can be cultured and further differentiated into other cell types, making them a unique tool in cell therapy.

Cell therapy is one of the most promising strategies in modern medicine. Cardiac tissue engineering and cell technologies, including direct cell injection, are key approaches for the treatment of heart diseases, however, such methods are associated with a number of difficulties: the functional activity of cardiomyocytes after transplantation and the possibility of an immune response from host tissues. The solution to these problems is stem cells obtained from the patient, for example: induced pluripotent stem cells, mesenchymal stem cells, and others. The ability of such cells to differentiate into a variety of cell types makes them suitable for use in cell therapy. The problem of functional integrations of cells in the patient's tissue still remains.

The present work is devoted to the study of the paracrine effect during stem cell differentiation and the development of a new method for delivering cells to the heart tissue of an animal, followed by an assessment of the functional integration of cells. The paracrine effect makes it possible to differentiate cells directly into tissues up to the terminal stage, which makes it possible to create intercellular connections. The identification of stages of differentiation using the paracrine effect and the possibility of transplanting differentiable cells into the tissue at different stages were the objectives of this work. To solve the posed problems, human MSCs were used in the work. Protocols for MSC isolation from human bone marrow biopsy were developed and modified. MSC cell lines have been obtained. The optimal substrate was chosen, on which the required culture confluency was achieved in the optimal time. One protocol for differentiation from MSCs to cardiomyocytes was obtained using factors derived from the simultaneous differentiation of iPScs to cardiomyocytes with a result of about 10%. MSC-derived cardiomyocytes were characterized by optical mapping and immunostaining. The resulting culture was delivered to the rat heart tissue on nanofiber structures that provide more efficient functional cell integration. In the future, it is planned to improve the protocol for the differentiation of MSCs into cardiomyocytes and the method of cell delivery to achieve better functional integration.