Введение к работе
Актуальность проблемы
Непрерывное нарастание в современном мире стрессовых воздействий на организм приводит к изменению функции сердца, состояние которой определяет здоровье и работоспособность как человека, так и животных (Пшеиникова М.Г., 2000; Меерсон Ф.З., 2001; Колесниченко И.С. с соавт., 2008; Никольская В.М., 2011), в связи с чем поиск новых способов защиты миокарда от ишемического повреждения остается актуальным на протяжении многих десятилетий.
В экспериментах на животных были продемонстрированы лечебные эффекты органоспецифической трансплантации клеток. Однако саногенетические механизмы влияния этого трансплантата исследованы недостаточно.
По данным литературы, известно, что клеточная органоспецифическая трансплантация ограничивает повреждение органов при стрессе (Репин B.C. с соавт., 1998; Сухих Г.Т., 1998; Берсенев А.В., 2003; Потапов И.В. с соавт., 2003; Онищенко Н.А. с соавт., 2004). Обсуждаются разные теории механизмов действия клеточного трансплантата: трансдифференцировка, или слияние с клетками хозяина, мобилизация клеток-предшественниц, находящихся в самом миокарде, ангиогенез, стабилизация внеклеточного матрикса (Лазарев СМ. с соавт., 2007; Беленков Ю.Н. с соавт., 2008; Кругляков П.В. с соавт., 2008; Шумаков В.И. с соавт., 2009).
Кроме того, установлено, что одним из таких механизмов является стимуляция регенерации поврежденных тканей реципиента ростовыми факторами эмбриональных и неонатальных органоспецифических клеток, среди которых наиболее изученными являются фактор роста гепатоцитов и фактор роста эндотелия сосудов (Шваб О.В. с соавт., 1998; Lee M.S. et al.„ 2004; Рунович А. А. с соавт., 2005; Лепехова С.А., 2009; Liu К.Х. et al., 2009). С другой стороны, известно, что трансплантация ксеногенных клеток сердца сопровождалась опережающим приростом внутриклеточных стресс-белков в поврежденном органе (Рунович А.А. с соавт., 2005; Бадуев Б.К. с соавт., 2009).
Вместе с тем в ряде экспериментальных исследований показано, что увеличение уровня белков теплового шока (БТШ) в органах может защищать их от повреждений. Защитная роль БТШ была выявлена в исследованиях как на культурах клеток, так и in vivo. На уровне сегодняшних представлений белки теплового шока многими авторами расцениваются как часть внутриклеточной стресс-лимитируюшей системы, способствующей защите клетки от повреждения (Малышев И.Ю. с соавт., 1998; Меерсон Ф.З., 2001; Hut Н.М. et al., 2005; Yao S. et al.. 2007).
Существует предположение, что позитивный эффект клеточной трансплантации при патологии определяется в том числе и содержанием в трансплантате
белков с шаперонной активностью. В пользу этой гипотезы свидетельствует ряд исследований, который демонстрирует способность БТШ70 проникать через модельные мембраны (Negulyaev Y.A. et al., 1996; Harada Y. et al., 2007). Экзогенные БТШ участвуют в целом ряде важных регуляторных каскадов в организме и выполняют сигнальные функции (Evdonin A.L. et al., 2006; Calderwood S.K. et a!., 2007; Евдонин А.Л. с соавт., 2009; Pockley А.С. et al., 2009). В ряде работ был выявлен защитный эффект экзогенных белков теплового шока (Guzhova I.V. et al., 1998; Novoselova T.V. et al., 2005). Кроме того, в работе С.А. Афанасьева было показано, что интрамиокардиальная трансплантация модифицированных мезенхимальных стволовых клеток с повышенным пулом БТШ70 и БТШ60 оказывала положительный эффект при постинфарктном ремоделироваиии за счет увеличения количества выживших клеток трансплантата (Афанасьев С.А. с соавт., 2008).
Мы предполагаем, что белки теплового шока, содержащиеся в клеточном трансплантате, могут являться важными агентами, определяющими восстановление функций поврежденного органа.
Однако не исключается и другой вариант: специфическая активация собственной системы синтеза стрессовых белков трансплантируемыми клетками или выделяемыми ими агентами.
В связи с этим целью исследования явилось изучение влияния модифицированного клеточного трансплантата с разным уровнем БТШ для выяснения их роли в механизмах защиты поврежденного сердца.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
-
Исследовать разные способы модификации клеточного трансплантата, оказывающие влияние на содержание БТШ в суспензиях клеток сердца неона-тального кролика in vitro.
-
Изучить влияние трансплантации суспензий неонатальных клеток сердца с низким и высоким уровнем БТШ на динамику развития патологического процесса в сердце и содержание стресс-белков в поврежденном миокарде.
-
Изучить особенности течения адреналинового повреждения миокарда у экспериментальных животных при трансплантации суспензий неонатальных клеток сердца в условиях системной блокады белкового синтеза при помощи циклогексимида.
Научная новизна
Показано, что добавление ампициллина в дозе 0,003 мг/мл в среду инкубации суспензий неонатальных клеток сердца приводит к снижению базового уровня белков теплового шока в клетках.
Трансплантация ксеногенных неонатальных клеток сердца с повышенным содержанием белков теплового шока приводит к существенному увеличению уровня цитозольного пула БТШ70 в поврежденном миокарде по сравнению с
опытами в контрольной группе и экспериментами с использованием немодици-фированного трансплантата.
Сниженное содержание белков теплового шока в трансплантате сопровождается значимым падением уровня БТШ70 в поврежденном миокарде экспериментальных животных по сравнению с другими исследуемыми группами.
Введение трансплантата с повышенным содержанием БТШ обеспечивает более значительную защиту миокарда от повреждения, что проявляется в виде сохраненной активности ЛДГ-1 и КК и меньшим некротическим поражением миокарда.
В условиях предварительного системного подавления белкового синтеза путем введения циклогексимида трансплантация немодифицированных неона-тальных клеток сердца сопровождается более ранним восстановлением продукции БТШ и ограничением деструктивных процессов в миокарде, наблюдаемых в модельных экспериментах в этих условиях.
Теоретическая и практическая значимость работы
Клеточный трансплантат с разным уровнем метаболической активности, отражением которого может быть содержание белков теплового шока, оказывает различное по своей выраженности влияние на один и тот же патологический процесс в организме реципиента. Трансплантат с заведомо высоким уровнем белков теплового шока оказывает более выраженный протекторный эффект, чем трансплантат с низким уровнем данных белков.
При разной исходной реактивности миокарда один и тот же трансплантат оказывает различное действие на защитные внутриклеточные стресс-белки и ферменты, но обеспечивают одинаковый характер выраженности воспалительного процесса, что свидетельствует о том, что кроме белков теплового шока, в клеточном трансплантате имеются другие вещества, оказывающие протекторный эффект.
Это свойство органоспецифического трансплантата, имеющего разный уровень метаболической активности, может быть использовано в экспериментальной практике на различных моделях повреждения органов.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Инкубация суспензий клеток сердца при 42 С повышает содержание белков теплового шока, а добавление в среду инкубации антибиотика снижает содержание этого белка.
-
Введение модифицированного трансплантата с повышенным содержанием БТШ приводит к существенному увеличению уровня общего пула БТШ70, большей сохранности активности ферментов и меньшему повреждению миокарда у экспериментальных животных. Эти явления отмечались как при сравнении результатов трансплантации немодифицированных суспензий клеток сердца, так и в опытах без трансплантации. Трансплантация суспен-
зий клеток сердца с пониженным содержанием БТШ70 отличалась от групп сравнения только падением уровня стресс-белков в миокарде. 3. В условиях исходно подавленного белкового синтеза трансплантация немо-дифицированных клеток у экспериментальных животных с повреждением сердца обеспечивает более ранний подъем уровня БТШ в миокарде и меньшее повреждение в данной группе, в сравнении с опытами, проведенными в тех же условиях без трансплантации.
Апробация работы
Материалы диссертации представлены на II съезде кардиологов Сибирского федерального округа (Томск, 2007); III международной конференция «Фундаментальные науки -медицине» (Новосибирск, 2007); ежегодной научной конференции «Фундаментальные науки—медицине» и научно-практической конференции «Новые материалы и методы для медицины» (Новосибирск, 2008); Всероссийской конференции «Устойчивость организмов к неблагоприятным факторам внешней среды» (Иркутск, 2009); IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов» (Новосибирск, 2009); II научно-практической конференции молодых ученых Сибирского и Дальневосточного федеральных округов (Иркутск, 2010).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертации на соискание степени кандидата наук.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, включающих обзор литературы, описание методов исследования и общей характеристики эксперимента, две главы результатов собственных исследований и их обсуждение, заключения, выводов и указателя литературы; иллюстрирована 22 таблицами и 11 рисунками. Указатель литературы включает 116 работ отечественных и 72 - зарубежных авторов.
