Iniciation and cultivation of multipotent mesenchimal human umbilical stroma cells in a laboratory experiment

Abstract

BACKGROUND: Wharton’s jelly of the human umbilical cord is one of the sources of multipotent mesenchymal stromal cells. The cell population obtained from the postpartum biomaterial is characterized by high proliferative and regenerative properties. Isolation of a culture of multipotent mesenchymal stromal cells from the umbilical cord does not pose a threat to the health and life of the donor.

AIM: Optimization of the technique for isolating a reproducible population of multipotent mesenchymal stromal cells from Wharton’s jelly is an urgent task in biomedicine, which can accelerate the process of obtaining donor cells for cell therapy and tissue engineering.

MATERIALS AND METHODS: In the study, the main techniques and methods for isolating the culture of umbilical cord stroma cells were tested, the cultivation process was optimized to increase its efficiency and reduce the time of growth of cell biomass. The effect of the components of the nutrient medium on the cells obtained from Wharton’s jelly of the human umbilical cord was studied. Currently, there is no universal composition of the growth medium; in various studies, nutrient media from different manufacturers are used, which differ in composition. The most discussed issue is the selection of serum, which is part of the nutrient medium.

RESULTS: In the work, a comparative evaluation of five different sera was carried out. It has been shown that the most stable physiological parameters are observed in cell suspension samples with the addition of FBS (SKPK, Russia) and FBS (Capricorn, USA) sera. A study of the effect of hypoxia on cell culture in combination with the most effective sera showed that hypoxic stress acts as an activator of primary cell proliferation. The assessment of the effect of serum and hypoxia on cell culture was carried out visually using microscopy, assessment of changes in cell morphology during cultivation, and the results of testing the action of sera by the intensity of respiration of free and immobilized cells under the action of inhibitors.

CONCLUSION: As a result of the experiments, the influence of the type of serum on the initiation of cell expansion from primary explants and further cell proliferation in vitro was established. Hypoxia during exposure of primary explants enhances the expansion of cells from tissue fragments of Wharton’s jelly tissue.

About the authors

Vladimir E. Chernov

Military Medical Academy

Email: vechernov@mail.ru
SPIN-code: 8315-1161

Senior Researcher at the Research Center

Russian Federation, Saint Petersburg

Margarita O. Sokolova

Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: sokolova.rita@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3457-4788
SPIN-code: 3683-6054

Researcher of the Research Center

Russian Federation, Saint Petersburg

Anastasia K. Ivanova

Military Medical Academy

Email: fullmetal1999@mail.ru
SPIN-code: 6804-1474

Preparator of Research Center

Russian Federation, Saint Petersburg

Aleksandra S. Buntovskaya

Military Medical Academy

Email: sandrarebel@mail.ru
SPIN-code: 5092-1833

doctor of clinical laboratory diagnostics of Research Center

Russian Federation, Saint Petersburg

Elena I. Koreshova

Military Medical Academy

Email: koreshova1993@mail.ru
SPIN-code: 5310-0605

doctor of clinical laboratory diagnostics of Research Center

Russian Federation, Saint Petersburg

Aleksandra E. Trandina

Military Medical Academy

Email: sasha-trandina@rambler.ru
SPIN-code: 6089-3495

doctor of clinical laboratory diagnostics of Research Center

Russian Federation, Saint Petersburg

Anna S. Frumkina

Military Medical Academy

Email: annafrumkin@mail.ru
SPIN-code: 5109-0579

obstetrician-gynecologist of department of obstetrics and gynecology

Russian Federation, Saint Petersburg

Olga N. Harkevich

Military Medical Academy

Email: kharkevich.olga@mail.ru
SPIN-code: 7591-5730

Professor of Obstetrics and Gynecology Department

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Kalyuzhnaya LI, Kharkevich ON, Shmidt AA, Protasov OV. Regenerative properties of human extraembryonal organs in tissue engineering. Bulletin of the Russian Military Medical Academy. 2018;(4):192–198. (In Russ.) doi: 10.17816/brmma12359
  2. Tretyak SI, Zhura AV, Khryshchanovich VYa, et al. The influence of allogeneic stem cells to inflfmftory response in parietal peritoneum injury in experiment. Medical Journal. 2018;(4):99–104. (In Russ.)
  3. Matas J, Orrego M, Amenabar D, et al. Umbilical Cord-Derived Mesenchymal Stromal Cells (MSCs) for Knee Osteoarthritis: Repeated MSC Dosing Is Superior to a Single MSC Dose and to Hyaluronic Acid in a Controlled Randomized Phase I/II Trial. Stem Cells Transl. Med. 2019;8(3): 215–224. doi: 10.1002/sctm.18-0053
  4. Alexandrov VN, Kamilova TA, Martynov BV, Kalyuzhnaya LI. Cell therapy in ischemic stroke. Bulletin of the Russian Military Medical Academy. 2013;3(43):199–205. (In Russ.)
  5. Shamanskaya TV, Osipova EYu, Rumyantsev SA. Mesenchymal stem cells ex vivo cultivation technologies for clinical use. Onkogematologiya. 2009;(3):69–76. (In Russ.)
  6. Galluzzi L, Yamazaki T, Kroemer G. Linking cellular stress responses to systemic homeostasis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018; 19(11):731–745. doi: 10.1038/s41580-018-0068-0
  7. Lee J-S, Kim SK, Jung B-J, et al. Enhancing proliferation and optimizing the culture condition for human bone marrow stromal cells using hypoxia and fibroblast growth factor-2. Stem Cells Research. 2018;28:87–95. doi: 10.1016/j.scr.2018.01.010
  8. Zorin VL, Kopnin PB, Zorina AI, et al. Optimization of conditions of skin and gingival mucosa derived human fibroblasts obtainment and cultivation. Geny & Kletki. 2014;9(2):53–60. (In Russ.)
  9. Nakamura T, Shirouzu T, Nakata K, Ushigome H. The Role of Major Histocompatibility Complex in Organ Transplantation- Donor Specific Anti-Major Histocompatibility Complex Antibodies Analysis Goes to the Next Stage. Int J Mol Sci. 2019;20(18):4544. doi: 10.3390/ijms20184544
  10. Bidey SP, Brodelius P, Kabral IM, et al. Immobilized Cells and Enzymes: A Practical Approach. Woodward J., editor; Berezin IV, editor, Daynichenko EV, Samokhin GP, translated from English. Moscow: Mir Publisher; 1988. 215 p. (In Russ.)
  11. Konki D, Erba E, Freshney R, et al. Animal cell culture: A Practical Approach. Freshney RI, editor; Panov MA, translated from English. Moscow: Mir Publisher; 1989. 332 p. (In Russ.)
  12. Hendijani F. Explant culture: An advantageous method for isolation of mesenchymal stem cells from human tissues. Cell Prolif. 2017;50(2):e12334. doi: 10.1111/cpr.12334
  13. Rezvova MA, Ovcharenko EA, Nikishev PA, et al. The use of sibs triblock copolymers in cardiac surgery: in vitro and in vivo studies in comparison with eptfe. Vestnik transplantologii i iskusstvennyh organov. 2019;21(4):67–80. (In Russ.)
  14. Zaicev GN. Mathematical statistics in experimental botany. Moscow: Nauka Publisher; 1984. 424 p. (In Russ.)
  15. Estrada JC, Albo C, Benguria A, et al. Culture of human mesenchymal stem cells at low oxygen tension improves growthand genetic stability by activating glycolysis. Cell Death Differ. 2012;19(5): 743–755. doi: 10.1038/cdd.2011.172

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Umbilical cord cells obtained from the explant on the 21st day of cultivation. Inverted microscopy, magnification ×100 (a), ×200 (b)

Download (255KB)
3. Fig. 2. Dynamics of umbilical cord cell respiration rate under the action of stress factors-blockers of respiration against the background of fetal sera of different origin

Download (135KB)
4. Fig. 3. Umbilical cord cell population obtained using FBSC serum. Hematoxylin and eosin staining (a, b), immunocytochemical reaction for smooth muscle α-actin of cells obtained from umbilical cord (c), myometrium (d)

Download (116KB)

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».