История создания и работы лаборатории «Физиологии кроветворения» связана с именем Иосифа Львович Черткова (1927-2009). Основной сферой его интересов было устройство кроветворной системы. В связи с этим лаборатория и получила свое название.
Под руководством И.Л. Черткова в лаборатории был опубликован цикл приоритетных работ «Стволовые кроветворная и мезенхимная клетки». Внесен большой вклад в изучение клональности кроветворения, в частности, было установлено, что стволовые кроветворные клетки (СКК) обладают высоким, но не безграничным пролиферативным потенциалом; они не бессмертны и не могут “самоподдерживаться”. Образование СКК происходит только в эмбриогенезе, в течение жизни эти клетки последовательно расходуются, образуя короткоживущие, локально расположенные, сменяющие друг друга клеточные клоны, аналогично тому, как это происходит в яичнике.
И.Л.Чертковым и сотрудниками лаборатории было показано, что стволовые мезенхимные клетки (МСК) – родоначальники кроветворного микроокружения – отличаются от СКК по радиочувствительности. При внутривенной трансплантации костного мозга в виде клеточной взвеси МСК теряются – они не способны проникнуть в микрообласти, где происходит их функционирование, даже в случае, если костномозговая взвесь вводится внутрь кости. МСК способны к переносу кроветворного микроокружения только при трансплантации под кожу или капсулу почки единым фрагментом костного мозга, без превращения его в одноклеточную взвесь.
В работах И.Л.Черткова впервые были получены физиологические характеристики МСК и принципиальные данные о клональной кинетике СКК. Полученные данные нашли подтверждение в мировой практике.
Под руководством И.Л.Черткова в лаборатории были получены первые отечественные моноклональные антитела для типирования групп крови. В 1986-87 годах были проведены всесоюзные испытания анти-А и анти-В специфичных антител. В дальнейшем антитела были сертифицированы для определения групп крови в России. В настоящее время получены и сертифицированы 24 антитела к различным антигенам эритроцитов.
В лаборатории постоянно ведутся исследования физиологии кроветворения. В настоящее время основное внимание уделяется изучению МСК и мультипотентных мезенхимных стромальных клеток (ММСК) человека с точки зрения их функций, регулирующих поддержание кроветворения, и исследованию устройства иерархического древа МСК.
Регуляция в отделе МСК также является недостаточно изученной. Большинство сведений о факторах роста и индукции дифференцировки получены в системах in vitro и относятся к линейно-специфическим факторам. МСК и их потомки разных стадий дифференцировки взаимодействуют в костном мозге как на уровне прямых межклеточных контактов, так и на уровне сигнальных молекул. В силу этого перспективным направлением исследования регуляции в отделе МСК является установление роли факторов, традиционно известных по своему воздействию на кроветворные клетки. В лаборатории были найдены неканонические функции одного из основных регуляторов иммунного ответа интерлейкина 1 бета (ИЛ-1). Было показано, что чувствительность к ИЛ-1 определяет взаимное расположение клеток-предшественниц в иерархии МСК. Этот фактор не влияет на количество МСК in vivo у мышей, но стимулирует колоние образующие единицы фибробластов (КОЕф) к пролиферации и дифференцировке в индуцибельные клетки-предшественницы, что приводит к увеличению кроветворной территории в модели формирования очагов эктопического кроветворения под капсулой почки. Человеческие ММСК чувствительны к ИЛ-1. В ответ на него увеличивается пролиферация клеток культуры, клональный потенциал, а также способность поддерживать кроветворные клетки-предшественницы, что может вносить вклад в регуляцию кроветворения стромальным микроокружением костного мозга.
Одним из наиболее актуальных разделов современной медицины является создание клеточных технологий для клинического использования. Изучение основных свойств ММСК позволило создать протокол их наращивания в культуре и последующего применения в терапевтической практике, которое основано на использовании одной из важных особенностей ММСК – способности модулировать иммунный ответ. Под руководством В.Г.Савченко в отделении Высокодозной химиотерапии и трансплантации костного мозга было показано, что ММСК здоровых доноров, выращенные in vitro без использования животных компонентов, могут быть использованы для профилактики и лечения острой реакции трансплантат против хозяина. Это направление продолжает развиваться.
Было показано, что ММСК и их потомки – колониеобразующие единицы фибробластов (КОЕф) – чувствительны к действию химиотерапевтических препаратов и в течение длительного времени после их применения не способны полностью восстанавливаться. Подобные исследования имеют большое значение для понимания состояния кроветворной системы у больных с гематологическими заболеваниями.
Ведутся исследования стромального микроокружения у больных различными гематологическими заболеваниями. Известно, что при опухолях кроветворной системы страдает не только кроветворение, но и регулирующее его функции кроветворное микроокружение. Очень важно понимать, что приводит к повреждению стромы костного мозга – ее взаимодействие с опухолевыми клетками или тяжелое лечение, или и то и другое. Этими исследованиями лаборатория занимается в настоящее время.
Изучение способности ММСК к пролиферации и дифференцировке позволило начать исследования по возможности применения этих клеток для лечения критических дефектов костной и хрящевой ткани. Работа ведется совместно с Научно-клиническим отделением Гематологической ортопедии. Разработана животная модель и проведены первые эксперименты по использованию маркированных с помощью лентивекторов ММСК для восстановления дефектов мыщелков и лучевых костей у кроликов. Показано, что маркированные ММСК выявляются в восстановленной костной ткани через год после имплантации. Проводится подбор адекватных носителей для совместного применения с ММСК.
В лаборатории используются культуральные методы (ведутся разнообразные клеточные культуры), работа с животными (мыши и кролики), и все основные методы молекулярной биологии, связанные с ДНК, РНК и белками. Лаборатория тесно сотрудничает с другими подразделениями центра, где проводят иммунофенотипирование как кроветворных, так и стромальных клеток.
За последние 5 лет в лаборатории опубликовано множество печатных работ, из них 14 работ в соавторстве со студентами МГУ.
Избранные публикации:
- Changing the Properties of Multipotent Mesenchymal Stromal Cells by IFNγ Administration. Petinati NA, Kapranov NM, Bigil’deev AE, Popova MD, Davydova YO, Gal’tseva IV, Drize NI, Kuz’mina LA, Parovichnikova EN, Savchenko VG. Bull Exp Biol Med. 2017 Jun;163(2):230-234.
- The effects of interleukin-1 beta and gamma-quantum braking radiation on mesenchymal progenitor cells. Bigildeev AE, Zezina EA, Drize NJ. Mol Biol (Mosk). 2017 May-Jun;51(3):447-459.
- Alterations of the bone marrow stromal microenvironment in adult patients with acute myeloid and lymphoblastic leukemias before and after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Shipounova IN, Petinati NA, Bigildeev AE, Drize NJ, Sorokina TV, Kuzmina LA, Parovichnikova EN, Savchenko VG. Leuk Lymphoma. 2017 Feb;58(2):408-417.
- Investigation of the Mesenchymal Stem Cell Compartment by Means of a Lentiviral Barcode Library. Bigildeev AE, Cornils K, Aranyossy T, Sats NV, Petinati NA, Shipounova IN, Surin VL, Pshenichnikova OS, Riecken K, Fehse B, Drize NI. Biochemistry (Mosc). 2016 Apr;81(4):373-81.
- Long-term survival of donor bone marrow multipotent mesenchymal stromal cells implanted into the periosteum of patients with allogeneic graft failure. Kuzmina LA, Petinati NA, Sats NV, Drize NJ, Risinskaya NV, Sudarikov AB, Vasilieva VA, Drokov MY, Michalzova ED, Parovichnikova EN, Savchenko VG. Int J Hematol. 2016 Sep;104(3):403-7.
- The ability of multipotent mesenchymal stromal cells from the bone marrow of patients with leukemia to maintain normal hematopoietic progenitor cells. Sorokina T, Shipounova I, Bigildeev A, Petinati N, Drize N, Turkina A, Chelysheva E, Shukhov O, Kuzmina L, Parovichnikova E, Savchenko V. Eur J Haematol. 2016 Sep;97(3):245-52.
- Stable Lentiviral Vector Transfer into Mesenchymal Stem Cells In Vivo. Sats NV, Shipunova IN, Bigil’diev AE, Drize NI. Bull Exp Biol Med. 2015 Oct;159(6):764-7.
- Analysis of multipotent mesenchymal stromal cells used for acute graft-versus-host disease prophylaxis. Kuzmina LA, Petinati NA, Shipounova IN, Sats NV, Bigildeev AE, Zezina EA, Popova MD, Drize NJ, Parovichnikova EN, Savchenko VG. Eur J Haematol. 2016 Apr;96(4):425-34.
- Peculiarities of Gene Transfer into Mesenchymal Stem Cells. Sats NV, Shipunova IN, Bigil’diev AE, Kostyushev DS, Drize NI. Bull Exp Biol Med. 2015 May;159(1):134-7.
- Analysis of results of acute graft-versus-host disease prophylaxis with donor multipotent mesenchymal stromal cells in patients with hemoblastoses after allogeneic bone marrow transplantation. Shipounova IN, Petinati NA, Bigildeev AE, Zezina EA, Drize NI, Kuzmina LA, Parovichnikova EN, Savchenko VG. Biochemistry (Mosc). 2014 Dec;79(12):1363-70.
- What do we know about the participation of hematopoietic stem cells in hematopoiesis? Drize N, Petinati N. F1000Res. 2015 Oct 29;4. pii: F1000 Faculty Rev-1177.
- Interleukin-1 beta enhances human multipotent mesenchymal stromal cell proliferative potential and their ability to maintain hematopoietic precursor cells. Bigildeev AE, Zezina EA, Shipounova IN, Drize NJ. Cytokine. 2015 Feb;71(2):246-54
- Interleukin-1 beta is an irradiation-induced stromal growth factor. Bigildeev AE, Zhironkina OA, Lubkova ON, Drize NJ. Cytokine. 2013 Oct;64(1):131-7.
- Effect of hydrocortisone on multipotent human mesenchymal stromal cells. Shipunova NN, Petinati NA, Drize NI. Bull Exp Biol Med. 2013 May;155(1):159-63.
- Characteristics of stromal cell precursors in patients after allogeneic bone marrow transplantation. Petinati NA, Shipunova IN, Bigil’deev AE, Kuz’mina LA, Saribekian RA, Gal’tseva IV, Misiurin AV, Parovichnikova EN, Savchenko VG, Drize NI.Ter Arkh. 2013;85(12):95-9.
- Treatment of acute host-versus-graft reaction in patients after allogeneic hematopoietic cell transplantation with multipotent mesenchymal stromal cells from a bone marrow donor. Petinati NA, Kuz’mina LA, Parovichnikova EN, Liubimova LS, Gribanova EO, Shipunova IN, Drize NI, Savchenko VG. Ter Arkh. 2012;84(7):26-30.
- Analysis of expression of genes involved in immune response modulation in silent multipotent mesenchymal stromal cells. Petinati NA, Shipunova IN, Bigildeyev AE, Kuz’mina LA, Momotyuk KS, Parovichnikova EN, Drize NI, Savchenko VG. Bull Exp Biol Med. 2012 Jun;153(2):244-8.
- Proliferative potential of multipotent mesenchymal stromal cells from human bone marrow. Zhironkina OA, Shipounova IN, Bigildeev AE, Sats NV, Petinati NA, Drize NI. Bull Exp Biol Med. 2012 Feb;152(4):543-7.
- Clonal composition of human multipotent mesenchymal stromal cells. Bigildeev AE, Zhironkina OA, Shipounova IN, Sats NV, Kotyashova SY, Drize NI. Exp Hematol. 2012 Oct;40(10):847-56.
- Multipotent Mesenchymal Stromal Cells for the Prophylaxis of Acute Graft-versus-Host Disease-A Phase II Study.Kuzmina LA, Petinati NA, Parovichnikova EN, Lubimova LS, Gribanova EO, Gaponova TV, Shipounova IN, Zhironkina OA, Bigildeev AE, Svinareva DA, Drize NJ, Savchenko VG. Stem Cells Int. 2012;2012:968213.