vestimИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series1814-60232524-2350The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1814-6023-2020-17-1-78-86vestim-663Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINEВлияние эндотелиальных клеток на эритроидную дифференцировку гемопоэтических стволовых клеток пуповинной крови in vitroInfluence of the endothelial cells on the erythroid differentiation of umbilical cord blood hematopoietic stem cells in vitroВойтеховичЕ. В.VoytehovichA. S.

Войтехович Александр Сергеевич – аспирант

Долгиновский тракт, 160, 220053, г. Минск

 

Аlexander S. Voytehovich – Postgraduate student

160, Dolginovsky tract, 220053, Minsk

voytehovichas@gmail.comВасинаЕ. В.VasinaE. V.

Васина Елена Викторовна – научный  сотрудник

Долгиновский тракт, 160, 220053, г. Минск

 

Elena V. Vasina – Researcher

160, Dolginovsky tract, 220053, Minsk

vasina.bio@gmail.comКостюнинаВ. С.KastsiuninaV. S.

Костюнина Виктория Сергеевна – научный  сотрудник

Долгиновский тракт, 160, 220053, г. Минск

 

Viktoryia S. Kastsiunina – Researcher

160, Dolginovsky tract, 220053, Minsk

vkostynina@gmail.comСеверинИ. Н.SeviarynI. N.

Северин Игорь Николаевич – биолог

223040, аг. Лесной, Минский р-н

Ihar N. Seviaryn – Biologist

ag. Lesnoy, 223040, Minsk region

ihar.in@gmail.comПетевкаН. В.PetyovkaN. V.

Петевка Наталья Васильевна – кандидат химических наук, заведующий лабораторией

Долгиновский тракт, 160, 220053, г. Минск

Natalya V. Petyovka – Ph. D. (Chem.)

160, Dolginovsky tract, 220053, Minsk

npet@blood.byРеспубликанский научно-практический центр трансфузиологии и медицинских биотехнологийRepublican Scientific and Practical Center of Transfusiology and Medical BiotechnologуРеспубликанский научно-практический центр онкологии и медицинской радиологии им. Н. Н. АлександроваN. N. Alexandrov National Cancer Centre, ag. Lesnoy, Minsk region2020180320201717886Copyright © Войтехович Е.В., Васина Е.В., Костюнина В.С., Северин И.Н., Петевка Н.В., 20202020Войтехович Е.В., Васина Е.В., Костюнина В.С., Северин И.Н., Петевка Н.В.Voytehovich A.S., Vasina E.V., Kastsiunina V.S., Seviaryn I.N., Petyovka N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/663

В работе изучено влияние эндотелиальных клеток (ЭК) пуповинной крови на прирост и созревание в эритроидном направлении гемопоэтических клеток при их совместном культивировании, а также экспрессия генов «взрослого» и фетального гемоглобина при эритроидной дифференцировке в условиях моделирования васкулярной ниши in vitro. Использованы культуральные методы, проточная цитометрия, полимеразная цепная реакция в реальном времени и морфологический анализ цитологических препаратов. Разработан метод эритроидной дифференцировки гемопоэтических стволовых клеток пуповинной крови в условиях моделирования васкулярной ниши костного мозга in vitro. Установлено, что полученные из мононуклеаров пуповинной крови CD34+CD31+СD144+CD105+CD90–СD45– предшественники эндотелиальных клеток (ПЭК) стимулируют эритроидную дифференцировку гемопоэтических CD34+ клеток пуповинной крови и прирост предшественников эритроидного ряда при совместном культивировании с 4-х по 11-е сутки в присутствии фактора стволовых клеток, эритропоэтина и фактора роста фибробластов-2. Моделирование in vitro васкулярной ниши с использованием ПЭК пуповинной крови позволяет получить прирост зрелых CD36–CD235а+ клеток эритроидного ряда в 2,5 раза выше, чем в условиях суспензионной культуры без вспомогательных клеток. Микроокружение ЭК не влияет на уровень и соотношение экспрессии фетального и «взрослого» типов гемоглобина в ходе дифференцировки in vitro.

The objective is to study the effect of umbilical cord blood endothelial cells on the hematopoietic cells growth and the maturation in the erythroid direction in co-culture, as well as the expression of adult and fetal hemoglobin genes during erythroid differentiation under the conditions of vascular niche modeling in vitro. We used the following research methods: cultural, flow cytometry, real-time PCR and morphological analysis. We have developed the method of hematopoietic cord blood stem cells erythroid differentiation in co-culture using cord blood endothelial cell progenitors. CD34+CD31+CD144+CD105+CD90–CD45– progenitors of endothelial cells stimulate the erythroid differentiation of hematopoietic CD34+ cord blood cells and the growth of erythroid progenitors in co-culture from the 4th to 11th day in the presence of the stem cell factor, the erythropoietin and the fibroblast growth factor-2. The in vitro modeling of the vascular niche increases the mature CD36–CD235a+ erythroid cells 2.5 times higher than those in the liquid culture. The microenvironment of endothelial cells does not affect the level and expression ratio of fetal and adult hemoglobin during the erythroid differentiation in vitro.

эритроидная дифференцировка in vitroгемопоэтические клетки пуповинной крови человекаэндотелиальные клетки пуповинной крови человекаerythroid differentiation in vitrocord blood hematopoietic stem cellscord blood endothelial cellsReferencesДоклад о состоянии здравоохранения в Европе, 2015. Целевые ориентиры и более широкая перспектива – новые рубежи в работе с фактическими данными [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0008/284750/EHR_High_EN_WEB.pdf?ua=1 – Дата доступа : 26.12.2019.The European health report 2015. Targets and beyond – reaching new frontiers in evidence. Highlights. Available at: http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0008/284750/EHR_High_EN_WEB.pdf?ua=1 (accessed 26.12.2019).In vitro mass production of human erythroid cells from the blood of normal donors and of thalassemic patients / G. Migliaccio [et al.] // Blood Cells, Mol. Dis. – 2002. – Vol. 28, N 2. – Р. 169–180. https://doi.org/10.1006/bcmd.2002.0502Migliaccio G., di Pietro R., di Giacomo V., di Baldassarre A., Migliaccio A. R., Maccioni L., Galanello R., Papayannopoulou T. In vitro mass production of human erythroid cells from the blood of normal donors and of thalassemic patients. Blood Cells, Molecules, and Diseases, 2002, vol. 28, no. 2, pp. 169–180. https://doi.org/10.1006/bcmd.2002.0502In vitro clinical-grade generation of red blood cells from human umbilical cord blood CD34+ cells / E. J. Baek [et al.] // Transfusion. – 2008. – Vol. 48, N 10. – P. 2235–2245. https://doi.org/10.1111/j.1537-2995.2008.01828.xBaek E. J., Kim H.-S., Kim S., Jin H., Choi T.-Y., Kim H. O. In vitro clinical-grade generation of red blood cells from human umbilical cord blood CD34+ cells. Transfusion, 2008, vol. 48, no. 10, pp. 2235–2245. https://doi.org/10.1111/j.15372995.2008.01828.xGeneration of functional erythrocytes from human embryonic stem cellderived definitive hematopoiesis / F. Ma [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2008. – Vol. 105, N 35. – P. 13087–13092. https://doi.org/10.1073/pnas.0802220105Ma F., Ebihara Y., Umeda K., Sakai H., Hanada S., Zhang H. [et al.]. Generation of functional erythrocytes from human embryonic stem cellderived definitive hematopoiesis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2008, vol. 105, no. 35, pp. 13087–13092. https://doi.org/10.1073/pnas.0802220105Red blood cell generation from human induced pluripotent stem cells: perspectives for transfusion medicine / H. Lapillonne [et al.] // Haematologica. – 2010. – Vol. 95, N 10. – P. 1651–1659. https://doi.org/10.3324/haematol.2010.023556Lapillonne H., Kobari L., Mazurier C., Tropel P., Giarratana M.-C., Zanella-Cleon I. [et al.]. Red blood cell generation from human induced pluripotent stem cells: perspectives for transfusion medicine. Haematologica, 2010, vol. 95, no. 10, pp. 1651–1659. https://doi.org/10.3324/haematol.2010.023556Ex vivo large-scale generation of human red blood cells from cord blood CD34+ cells by co-culturing with macrophages / A. Fujimi [et al.] // Hematology. – 2008. – Vol. 87. – P. 339–350. https://doi.org/10.1007/s12185-008-0062-yFujimi A., Matsunaga T., Kobune M., Kawano Y., Nagaya T., Tanaka I. [et al.]. Ex vivo large-scale generation of human red blood cells from cord blood CD34+ cells by co-culturing with macrophages. Hematology, 2008, vol. 87, no. 4, pp. 339– 350. https://doi.org/10.1007/s12185-008-0062-yEx vivo generation of fully mature human red blood cells from hematopoietic stem cells / M.-C. Giarratana [et al.] // Nat. Biotechnol. – 2005. – Vol. 23, N 1. – P. 69–74. https://doi.org/10.1038/nbt1047Giarratana M.-C., Kobari L., Lapillonne H., Chalmers D., Kiger L., Cynober T., Marden M. C., Wajcman H., Douay L. Ex vivo generation of fully mature human red blood cells from hematopoietic stem cells. Nature Biotechnology, 2005, vol. 23, no. 1, pp. 69–74. https://doi.org/10.1038/nbt1047Inhibitory effect of mesenchymal stem cell co-culture on erythroid differentiation of K562 cells compared to the control group / M. Saleh [et al.] // Cell J. – 2017. – Vol. 19, N 1. – P. 127–136. https://doi.org/10.22074/cellj.2016.4133Saleh M., Shamsasanjan K., Movassaghpour A. A., Akbarzadehlaleh P., Molaeipour Z. Inhibitory effect of mesenchymal stem cell co-culture on erythroid differentiation of K562 cells compared to the control group. Cell Journal, 2017, vol. 19, no. 1, pp. 127–136. https://doi.org/10.22074/cellj.2016.4133Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells in the treatment of gliomas / A. Nakamizo [et al.] // Cancer Res. – 2005. – Vol. 65, N 8. – P. 3307–3318. https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-04-1874Nakamizo A., Marini F., Amano T., Khan A., Studeny M., Gumin J. [et al.]. Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells in the treatment of gliomas. Cancer Research, 2005, vol. 65, no. 8, pp. 3307–3318. https://doi.org/10.1158/00085472.CAN-04-1874An evolving new paradigm: endothelial cells – conditional innate immune cells / J. Mai [et al.] // J. Hematol. Oncol. – 2013. – Vol. 6, N 1. – P. 61. https://doi.org/10.1186/1756-8722-6-61. Mai J., Virtue A., Shen J., Wang H., Yang X.-F. An evolving new paradigm: endothelial cells – conditional innate immune cells. Journal of Hematology and Oncology, 2013, vol. 6, no. 1, p. 61. https://doi.org/10.1186/1756-8722-6-61Improving the characterization of endothelial progenitor cell subsets by an optimized FACS protocol / K. Huizer [et al.] // PLoS ONE. – 2017. – Vol. 12, N 9. – P. e0184895. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0184895Huizer K., Mustafa D. A. M., Spelt J. C., Kros J. M., Sacchetti A. Improving the characterization of endothelial progenitor cell subsets by an optimized FACS protocol. PLoS ONE, 2017, vol. 12, no. 9, p. e0184895. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0184895Erythropoietic potential of CD34+ hematopoietic stem cells from human cord blood and G-CSF-mobilized peripheral blood / H. Jin [et al.] // BioMed Res. Int. – 2014. – Vol. 2014. – P. 1–9. https://doi.org/10.1155/2014/435215Jin H., Kim H.-S., Kim S., Kim H. O. Erythropoietic potential of CD34+ hematopoietic stem cells from human cord blood and G-CSF-mobilized peripheral blood. BioMed Research International, 2014, vol. 2014, pp. 1–9. https://doi.org/10.1155/2014/435215Proof of principle for transfusion of in vitro-generated red blood cells / M.-C. Giarratana [et al.] // Blood. – 2011. – Vol. 118, N 19. – P. 5071–5079. https://doi.org/10.1182/blood-2011-06-362038Giarratana M.-C., Rouard H., Dumont A., Kiger L., Safeukui I., le Pennec P.-Y. [et al.]. Proof of principle for transfusion of in vitro-generated red blood cells. Blood, 2011, vol. 118, no. 19, pp. 5071–5079. https://doi.org/10.1182/blood-2011-06-362038Immunophenotypic profile of nucleated erythroid progenitors during maturation in regenerating bone marrow / M. Fajtova [et al.] // Leukemia & Lymphoma. – 2013. – Vol. 54, N 11. – P. 2523–2530. https://doi.org/10.3109/10428194.2013.781167Fajtova M., Kovarikova A., Svec P., Kankuri E., Sedlak J. Immunophenotypic profile of nucleated erythroid progenitors during maturation in regenerating bone marrow. Leukemia & Lymphoma, 2013, vol. 54, no. 11, pp. 2523–2530. https://doi.org/10.3109/10428194.2013.781167Weibel-palade bodies as a marker for neovascularization induced by tumor and rheumatoid angiogenesis factors / P. Kumar [et al.] // Cancer Res. – 1985. – Vol. 45, N 9. – P. 4339–4348.Kumar P., Erroi A., Sattar A., Kumar S. Weibel-palade bodies as a marker for neovascularization induced by tumor and rheumatoid angiogenesis factors. Cancer Research, 1985, vol. 45, no. 9, pp. 4339–4348.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.