The effectiveness of the use of mesenchymal stromal cells for the treatment of lacerated wounds under conditions of hypothermia and hypoxia

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Patients Arctic conditions complicate the pathogenesis of various skin and soft tissue injuries. For the treatment of these diseases, the possibility of using multipotent mesenchymal stromal cells, which promote the proliferation of granular tissue cells, angiogenesis, and reduce the duration of the inflammatory phase during wound healing due to the secretion of cytokines and growth factors, is being considered.

AIM: In order to evaluate the effectiveness of cell therapy, experimental studies were carried out on the model of a lacerated wound in rats under conditions of hypoxia and hypothermia.

MATERIALS AND METHODS: The animals were kept in a climate chamber (15% oxygen, 4°C) for 48 hours. Injury was applied 24 hours after placement in controlled conditions. The introduction of stem cells was carried out a day after the wound was applied. Mesenchymal stromal cells obtained from the red bone marrow of Wistar rats were used for injection. The cell culture used had an immunophenotype corresponding to stem cells and had the ability to differentiate in the osteogenic, chondrogenic and adipogenic directions. During the study, the degree of inflammatory reaction in injured tissues and the presence of possible pathological discharges from the wound canal were assessed in rats, and the thickness of the injured paw was measured.

RESULTS: The stimulating effect of the suspension of mesenchymal stem cells on the dynamics of reducing the edema of the injured hip by 10% was established compared to the control group. To describe the process of inflammation, a histological analysis was performed on the 6th and 21st days after the wound was applied. On the 6th day of the study, a weak infiltration of lymphocytes in the muscle tissue was noted in rats that were injected with MMSC, which may indicate an earlier transition of the wound process to the proliferative phase.

CONCLUSION: The stimulating effect of the suspension of mesenchymal stem cells on the dynamics of reducing the edema of the injured hip by 10% was established compared to the control group.

About the authors

Marina V. Volkova

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Author for correspondence.
Email: biotech.volkova@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-5966-3026
SPIN-code: 4104-5195

Junior Research Fellow

Russian Federation, Dolgoprudny, Moscow Region

Valery V. Boyarintsev

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: marinarage@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9707-3262
SPIN-code: 2491-7199

докт. мед. наук, профессор, главный научный сотрудник

Russian Federation, Dolgoprudny, Moscow Region

Alexander V. Trofimenko

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: trofimenko.av@mipt.ru
SPIN-code: 5228-7073

M.D., Ph.D. (Medicine), Associate Professor, Head of Laboratory

Russian Federation, Dolgoprudny, Moscow Region

Sergey P. Rybalkin

Institute of Immunology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia, Research Center for Toxicology and Hygienic Regulation of Biological Products

Email: rybalkin-sp@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2933-5758
SPIN-code: 1988-4621

Ph.D. (Biology), director

Russian Federation, Serpukhov City District, Moscow Region

Elena V. Kovaleva

Institute of Immunology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia, Research Center for Toxicology and Hygienic Regulation of Biological Products

Email: e-kovaleva@yandex.ru
SPIN-code: 2952-1038

Senior Researcher

Russian Federation, Serpukhov City District, Moscow Region

Stanislav A. Biryukov

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: biryukov.sa@mipt.ru

D.Sc. (Physics and Mathematics), Senior Researcher

Russian Federation, Dolgoprudny, Moscow Region

Gleb I. Fil'kov

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: filcom.gl@gmail.com
SPIN-code: 7733-8460

Researcher

Russian Federation, Dolgoprudny, Moscow Region

Michail O. Durymanov

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: durymanov.mo@mipt.ru
SPIN-code: 5796-0022
ResearcherId: T-8711-2018

Ph.D. (Biology), Deputy Head of Laboratory

Russian Federation, Dolgoprudny, Moscow Region

References

  1. Zdravookhraneniye v Rossii. 2021. Statistical compendium. Moscow: Rosstat Publisher; 2021. 171 p. (In Russ.)
  2. Chernikov OG, Kulnev SV, Kupriyanov SA, et al. Features of the organization of medical support for troops (forces) in the arctic zone. Military Medical Journal. 2020;341(4):4–11. (In Russ.)
  3. Tamama K, Kerpedjieva SS. Acceleration of wound healing by multiple growth factors and cytokines secreted from multipotential stromal cells/mesenchymal stem cells. Advances in Wound Care. 2012;1(4):177–182. doi: 10.1089/wound.2011.0296
  4. Alexandrov VN, Bolekhan VN, Buntovskaya AS, et al. Development of cell technology, molecular genetics and tissue engineering in S.M. Kirov Military Medical Academy and Military Innovation Technopolis “Era”. Bulletin of the Russian Military Medical Academy. 2019(3): 243–248. (In Russ.)
  5. Dash BC, Xu Z, Lin L, et al. Stem cells and engineered scaffolds for regenerative wound healing. Bioengineering. 2018;5(1):23. doi: 10.3390/bioengineering5010023
  6. Slegtenhorst BR, Dor FJ, Rodriguez H, Voskuil FJ, Tullius SG. Ischemia/reperfusion injury and its consequences on immunity and inflammation. Curr Transplant Rep. 2014;1(3):147–154. doi: 10.1007/s40472-014-0017-6
  7. Han Y, Li X, Zhang Y, et al. Mesenchymal stem cells for regenerative medicine. Cells. 2019;8(8):886. doi: 10.3390/cells8080886
  8. Wu X, Jiang J, Gu Z, et al. Mesenchymal stromal cell therapies: immunomodulatory properties and clinical progress. Stem Cell Res Ther. 2020;11(1):345. doi: 10.1186/s13287-020-01855-9
  9. Li H, Shen S, Fu H, et al. Immunomodulatory functions of mesenchymal stem cells in tissue engineering. Stem Cells Inl. 2019;2019:9671206. doi: 10.1155/2019/9671206
  10. Fu X, Liu G, Halim A, et al. Mesenchymal stem cell migration and tissue repair. Cells. 2019;8(8):784. doi: 10.3390/cells8080784
  11. Soleimani M, Nadri S. A protocol for isolation and culture of mesenchymal stem cells from mouse bone marrow. Nat Protoc. 2009;4(1):102–106. doi: 10.1038/nprot.2008.221
  12. Boyarintsev VV, Trofimenko AV, Rybalkin SP, et al. Ustanovka dlya provedeniya eksperimental’nykh issledovaniy na zhivotnykh v gipoksicheskikh usloviakh pri nizkikh temperaturakh. Pat. 201120 Applicant and patent holder MIPT — No. 2020122211; decl. 07/06/2020; publ. 11/27/2020, Bull. No. 33. (In Russ.)
  13. Fitzsimmons REB, Mazurek MS, Soos A, Simmons CA. Mesenchymal stromal/stem cells in regenerative medicine and tissue engineering. Stem Cells Int. 2018;2018:8031718. doi: 10.1155/2018/8031718
  14. Makarov VG, Makarova MN, eds. Fiziologicheskiye, biokhimicheskiye i biometricheskiye pokazateli normy eksperimental’nykh zhivotnykh: spravochnik. Saint Petersburg: Lema Publisher; 2013. 116 p. (In Russ.)
  15. Ring A, Goertz O, Steinstraesser L, et al. Analysis of biodegradation of copolymer dermis substitutes in the dorsal skinfold chamber of balb/c mice. Eur J Med Res. 2006;11(11): 471–478.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Phenotype of MMSCs: distribution of cells stained with antibodies against positive (top row) and negative (bottom row) markers

Download (107KB)
3. Fig. 2. Differentiation of rat MMSCs into osteocytes (Alizarin Red S), chondrocytes (Safranin O) and adipocytes (Sudan III)

Download (821KB)
4. Fig. 3. View of a penetrating laceration from the external (a) and internal (b) surface of the thigh

Download (307KB)
5. Fig. 4. Morphology of the healed wound area in the area of femur injury in the rat treated with MMSC. Hematoxylin and eosin staining

Download (368KB)

Copyright (c) 2022 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».