RU2800991C2 - Method of biofabrication of a transplant in the form of cell spheroids for regenerative technologies for restoring a subject's cartilage based on the subject's own costal cartilage perichondrium and multipotent mesenchymal stromal bone marrow cells of the same subject - Google Patents

Method of biofabrication of a transplant in the form of cell spheroids for regenerative technologies for restoring a subject's cartilage based on the subject's own costal cartilage perichondrium and multipotent mesenchymal stromal bone marrow cells of the same subject Download PDF

Info

Publication number
RU2800991C2
RU2800991C2 RU2022101391A RU2022101391A RU2800991C2 RU 2800991 C2 RU2800991 C2 RU 2800991C2 RU 2022101391 A RU2022101391 A RU 2022101391A RU 2022101391 A RU2022101391 A RU 2022101391A RU 2800991 C2 RU2800991 C2 RU 2800991C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cells
cartilage
subject
perichondrium
spheroids
Prior art date
Application number
RU2022101391A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2800991C9 (en
RU2022101391A (en
Inventor
Алексей Вячеславович Ковалев
Original Assignee
Алексей Вячеславович Ковалев
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Вячеславович Ковалев filed Critical Алексей Вячеславович Ковалев
Publication of RU2022101391A publication Critical patent/RU2022101391A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2800991C2 publication Critical patent/RU2800991C2/en
Publication of RU2800991C9 publication Critical patent/RU2800991C9/en

Links

Abstract

FIELD: regenerative medicine.
SUBSTANCE: invention discloses a method of obtaining a transplant in the form of cell spheroids for the restoration of the subject's cartilage, which includes the isolation of cells from the cambial layer of the perichondrium of the own costal cartilage and multipotent mesenchymal stromal cells of the subject's own bone marrow, separate cultivation of the isolated cells in 2D- systems at the bottom of culture flasks, transferring cells to plastic microplates at the rate of 8,000 cells per 1 well, with the cells of two cell cultures being mixed in a 1:1 cell ratio, and their subsequent 3D cultivation in wells to form cell spheroids.
EFFECT: invention makes it possible to obtain a transplant with a pronounced regenerative potential, the effect of stimulating the regeneration of the surrounding cartilage and antimicrobial activity, for the effective restoration of cartilage, in particular articular cartilage, besides it is possible to use the obtained spheroids for bioprinting.
7 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к тканевой инженерии, трансплантологии, регенеративной медицине, травматологии и ортопедии, пластической хирургии и стоматологии.The invention relates to medicine, namely tissue engineering, transplantology, regenerative medicine, traumatology and orthopedics, plastic surgery and dentistry.

Уровень техникиState of the art

Гиалиновая хрящевая ткань - это наиболее распространенный вид хрящевых скелетных тканей в организме человека, которая образует скелет у плода (образует временный эмбриональный скелет, который постепенно заменяется костью), дыхательные пути и т.д., в постнатальном периоде развития человека гиалиновая хрящевая ткань представлена в реберных хрящах, хрящах носа, гортани (частично), трахеи и крупных бронхов, покрывает все суставные поверхности костей, хрящевые пластинки роста в трубчатых костях. Способность к репаративной регенерации гиалинового хряща связана с наличием надхрящницы, в тех органах, где она покрывает хрящ. Надхрящница представляет собой плотную богатую сосудами соединительнотканную оболочку, присутствует на растущей кости (на этапе энхондрального остеогенеза при внутриутробном развитии), реберного хряща, хрящей гортани и дыхательных путей и т.д. Надхрящница является источником камбиальных клеток, служит для роста и регенерации хрящевой ткани. Полноценная регенерация гиалинового хряща после травматических повреждений возможна, в случаях повреждений хрящей, покрытых надхрящницей и при обязательном сохранении последней после разрушения хряща. Прехондробласты надхрящницы активируются при повреждениях, делятся и дифференцируются в хондробласты, которые способны вырабатывать тканеспецифическое межклеточное вещество хряща, заполняя хрящевым регенератом свободное пространство посттравматического дефекта. Однако, тканеспецифическая регенерация хряща под надхрящницей не всегда возможна из-за опережающего развития другого регенерата из окружающей молодой волокнистой соединительной ткани, которая быстрее замещает пространство дефекта хряща, со временем превращаясь из рыхлой волокнистой соединительной ткани в атипичный регенерат - соединительнотканный рубец. Условием органотипичной регенерации хряща под надхрящницей является сохранение ее целостности, эта соединительнотканная пластинка должна быть сомкнута, а все ее повреждения ушиты. Этот атипичный регенерат имеет иные прочностные характеристики, слабо связан с волоконным остовом интактного окружающего хряща, часто повреждается и нарушает функции хрящевой ткани суставов.Hyaline cartilage tissue is the most common type of cartilage skeletal tissue in the human body, which forms the skeleton in the fetus (forms a temporary embryonic skeleton, which is gradually replaced by bone), airways, etc., in the postnatal period of human development, hyaline cartilage tissue is represented in costal cartilages, cartilages of the nose, larynx (partially), trachea and large bronchi, covers all articular surfaces of bones, cartilaginous growth plates in tubular bones. The ability for reparative regeneration of hyaline cartilage is associated with the presence of the perichondrium in those organs where it covers the cartilage. The perichondrium is a dense, vascular-rich connective tissue membrane present on the growing bone (at the stage of endochondral osteogenesis in fetal development), costal cartilage, cartilage of the larynx and respiratory tract, etc. The perichondrium is a source of cambial cells, serves for the growth and regeneration of cartilage tissue. Complete regeneration of hyaline cartilage after traumatic injuries is possible in cases of damage to cartilage covered by the perichondrium and with the obligatory preservation of the latter after the destruction of the cartilage. Prechondroblasts of the perichondrium are activated upon injury, divide and differentiate into chondroblasts, which are capable of producing tissue-specific intercellular cartilage substance, filling the free space of a post-traumatic defect with cartilage regenerate. However, tissue-specific cartilage regeneration under the perichondrium is not always possible due to the advanced development of another regenerate from the surrounding young fibrous connective tissue, which quickly replaces the space of the cartilage defect, eventually turning from loose fibrous connective tissue into an atypical regenerate - a connective tissue scar. The condition for organotypic cartilage regeneration under the perichondrium is the preservation of its integrity, this connective tissue plate must be closed, and all its injuries sutured. This atypical regenerate has different strength characteristics, is weakly connected to the fibrous framework of the intact surrounding cartilage, is often damaged and disrupts the function of the cartilage tissue of the joints.

Суставной хрящ лишен надхрящницы. Поэтому по-прежнему преобладает точка зрения, что организм взрослого человека не способен производить новую гиалиновую хрящевую ткань после травматических дефектов или при остеоартрите на суставных поверхностях костей, в том числе после повреждений хрящевой ткани отдельно или вместе с формирующих суставную поверхность костной тканью. Суставной хрящ имеет сниженный регенеративный потенциал в постнатальном периоде развития, так как в этой ткани не много скелетных стволовых клеток, которые можно было бы активировать, они не могут эффективно противодействовать кумулятивным повреждениям, таким как повышенные нагрузки на суставы, а также травмам, которые приводят к разрушению хряща и развитию остеоартрита. В суставном хряще обнаружены различные клетки, претендующие на роль стволовых клеток/ клеток-предшественников хрящевого происхождения (cartilage-derived stem/progenitor cells (CSPCs), articular cartilage-derived progenitor cells (ACPCs) находящиеся в зрелом хряще, а также прогениторные клетки в бороздке Ранвье хряща и других внутрисуставных тканях, которые потенциально способны участвовать в регенерации хряща. Взрослый суставной хрящ имеет ограниченную способность к восстановлению, хондроциты связаны лакунами и не могут мигрировать в поврежденные участки, деление клеток внутри хряща происходит очень медленно, дефекты хряща часто прогрессируют до остеоартрита.Articular cartilage is devoid of perichondrium. Therefore, the point of view still prevails that the body of an adult is not capable of producing new hyaline cartilage tissue after traumatic defects or osteoarthritis on the articular surfaces of bones, including after damage to cartilage tissue separately or together with bone tissue forming the articular surface. Articular cartilage has a reduced regenerative potential in the postnatal period of development, as there are not many skeletal stem cells in this tissue that can be activated, they cannot effectively counteract cumulative damage, such as increased stress on the joints, as well as injuries that lead to cartilage destruction and osteoarthritis. Various cells have been found in articular cartilage claiming to be stem/progenitor cells of cartilage origin (cartilage-derived stem/progenitor cells (CSPCs), articular cartilage-derived progenitor cells (ACPCs) found in mature cartilage, as well as progenitor cells in the groove Ranvier cartilage and other intra-articular tissues that have the potential to participate in cartilage regeneration Adult articular cartilage has limited repair capacity, chondrocytes are lacunae-bound and unable to migrate to damaged areas, cell division within cartilage is very slow, cartilage defects often progress to osteoarthritis.

Потенциал для восстановления гиалинового хряща ограничен отсутствием сосудов и нервов в хряще, невозможностью поступления клеток-эффекторов воспаления и клеток-предшественников с током крови, а также относительно небольшим количеством и низкими митогенными характеристиками хондроцитов, расположенных в плотном внеклеточном матриксе. Хрящевых клеток в суставном хряще не более 5%. Остальное пространство занимает внеклеточный матрикс, богатый коллагеном и протеогликанами.The potential for hyaline cartilage repair is limited by the absence of vessels and nerves in the cartilage, the inability to supply inflammatory effector cells and progenitor cells with the blood stream, and the relatively small number and low mitogenic characteristics of chondrocytes located in a dense extracellular matrix. Cartilage cells in the articular cartilage is not more than 5%. The rest of the space is occupied by an extracellular matrix rich in collagen and proteoglycans.

Исторически регенеративная способность суставного хряща и в целом гиалиновых хрящей после окончания внутриутробного периода развития подвергалась сомнению, в том числе, из-за медленной скорости обновления хрящевого матрикса, особенно волоконного остова - коллагена хрящей. Период полураспада белков матрикса суставного хряща (коллагенов), очень велик (более 20 лет), что свидетельствует о низкой интенсивности обновления хрящевого матрикса. Однако, установлено, что физиологическая регенерация хряща у людей продолжается после наступления половой зрелости и прекращения роста на протяжении всей жизни человека. В разных частях тела физиологическая регенерация хрящей идет с разной скоростью. Например, в голеностопном суставе эта ткань обновлялась намного быстрее, чем в коленном, а в тазобедренном суставе более медленно (Ming-Feng Hsueh, Patrik Onnerfjord, Michael P. Bolognesi, Mark E. Easley, Virginia B. Kraus. Analysis of "old" proteins unmasks dynamic gradient of cartilage turnover in human limbs. Science Advances, 2019; 5 (10): eaax3203 DOI: 10.1126/sciadv.aax3203).Historically, the regenerative capacity of articular cartilage and hyaline cartilage in general after the end of the intrauterine period of development has been questioned, among other things, due to the slow rate of renewal of the cartilage matrix, especially the fiber backbone - cartilage collagen. The half-life of articular cartilage matrix proteins (collagens) is very long (more than 20 years), which indicates a low intensity of cartilage matrix renewal. However, it has been established that the physiological regeneration of cartilage in humans continues after the onset of puberty and the cessation of growth throughout a person's life. In different parts of the body, the physiological regeneration of cartilage proceeds at different rates. For example, in the ankle joint, this tissue was renewed much faster than in the knee joint, and more slowly in the hip joint (Ming-Feng Hsueh, Patrik Onnerfjord, Michael P. Bolognesi, Mark E. Easley, Virginia B. Kraus. Analysis of "old" proteins unmasks dynamic gradient of cartilage turnover in human limbs Science Advances, 2019; 5 (10): eaax3203 DOI: 10.1126/sciadv.aax3203).

Регенеративная способность неповрежденного суставного хряща у человека была продемонстрирована клиническими исследованиями, при дистракции сустава у взрослых пациентов наблюдающими очевидное увеличение ширины суставной щели и толщины хряща на рентгенограммах (Interna F., Van Roermund P. M., Marijnissen А. С.A., Cotofana S., Eckstein F., Castelein R. M., Bijlsma J. W. J., Mastbergen S. C, Lafeber F. P. J. G., Tissue structure modification in knee osteoarthritis by use of joint distraction: An open 1-year pilot study. Ann. Rheum. Dis. 70, 1441-1446 (2011)).The regenerative capacity of intact articular cartilage in humans has been demonstrated by clinical studies, with joint distraction in adult patients observing an obvious increase in joint space width and cartilage thickness on radiographs (Interna F., Van Roermund P. M., Marijnissen A. C. A., Cotofana S., Eckstein F., Castelein R. M., Bijlsma J. W. J., Mastbergen S. C, Lafeber F. P. J. G., Tissue structure modification in knee osteoarthritis by use of joint distraction: An open 1-year pilot study. Ann. Rheum. Dis. 70, 1441-1446 ( 2011)).

С 1994 года в клинической практике применяются двухэтапные процедуры, известные как имплантация аутологичных хондроцитов (autologous chondrocytes transplantation), которые, как было показано в различных рандомизированных исследованиях, обеспечивают стойкое клиническое улучшение у пациентов с дефектами суставного хряща. Известны три поколения этой методики. В третьем поколении хондроциты культивировали в 3D условиях без использования каких-либо каркасных материалов (3D-ACI, three-dimensional autologous chondrocyte implantation), предлагая полную аутологичность трехмерной (3D) трансплантации, которая сама по себе может быть осуществлена более щадящим способом - артроскопически. Для этого клетки культивировали в высокой плотности, где хондроциты образуют так называемые сфероиды - клеточные агломераты округлой формы (хондросферы), которые состоят только из собственных хондроцитов пациента и образуемой ими внеклеточной матрицы, которая синтезируется самими хондроцитами в 3D культуре, является важной и неотъемлемой частью хондросфер.Since 1994, two-stage procedures known as autologous chondrocyte transplantation have been used in clinical practice and have been shown in various randomized trials to provide sustained clinical improvement in patients with articular cartilage defects. Three generations of this technique are known. In the third generation, chondrocytes were cultured in 3D without the use of any scaffold materials (3D-ACI, three-dimensional autologous chondrocyte implantation), offering complete autologous three-dimensional (3D) transplantation, which itself can be performed in a more gentle way - arthroscopically. To do this, the cells were cultured in high density, where chondrocytes form the so-called spheroids - rounded cell agglomerates (chondrocytes), which consist only of the patient's own chondrocytes and the extracellular matrix formed by them, which is synthesized by the chondrocytes themselves in 3D culture, is an important and integral part of the chondrocytes .

Недостатками всех этих поколений технологии имплантации аутологичных хондроцитов является необходимость проведения двух последовательных операций на суставе. Первая операция связана с забором кусочков здоровой части хряща с не нагружаемой поверхности для выделения клеток и наращивания их количества в лабораторных условиях для последующей аутологичной трансплантации. Известно, что стойкое повреждение структурной организации суставного хряща (дефект на месте забора не восстанавливается спонтанно) приводит к изменению распределения сил и потере механической прочности, подобный забор может иметь определенные отрицательные последствия. Вторая операция включает трансплантацию клеточного материала для замещения дефектов хряща. Пациент обречен на два послеоперационных периода, требуются вспомогательные устройства для передвижений, длительная реабилитация. Используются собственные хондроциты хряща, пролиферативный потенциал которых ограничен и эти клетки частично теряют свою тканеспецифичность при культивировании. Известно, что экспансия (размножение) хондроцитов ограничена после удвоения популяции в культуре, так как эти клетки имеют тенденцию приобретать фибробластоподобный вид и терять свой хрящевой фенотип, прежде чем стать стареющими.The disadvantages of all these generations of autologous chondrocyte implantation technology is the need for two consecutive operations on the joint. The first operation involves taking pieces of a healthy part of cartilage from a non-loaded surface to isolate cells and increase their number in the laboratory for subsequent autologous transplantation. It is known that persistent damage to the structural organization of the articular cartilage (a defect at the sampling site does not recover spontaneously) leads to a change in the distribution of forces and a loss of mechanical strength, such sampling can have certain negative consequences. The second operation involves transplantation of cellular material to replace cartilage defects. The patient is doomed to two postoperative periods, requires assistive devices for movement, long-term rehabilitation. Own cartilage chondrocytes are used, the proliferative potential of which is limited and these cells partially lose their tissue specificity during cultivation. It is known that expansion (multiplication) of chondrocytes is limited after population doubling in culture, as these cells tend to acquire a fibroblast-like appearance and lose their cartilaginous phenotype before becoming senescent.

Разрабатываются новые варианты этой техники, совсем недавно предложен вариант с использованием биопсии хряща носа, чтобы обойти необходимость предварительного забора аутологичного хряща в коленном суставе. К недостаткам технологии относят строгие правила государственной регистрации, дополнительная травма носа, небольшое количество биоптата для экспансии, что требует большего количества митозов, высокие затраты и сложная логистика, связанные с расширением ex vivo для последующей имплантации человеку, которые ограничивают широкую доступность и этого вида аутологичной клеточной имплантации (хондроцитов).New variants of this technique are being developed, most recently a variant using nasal cartilage biopsy has been proposed to bypass the need for prior autologous cartilage sampling at the knee joint. The disadvantages of the technology include strict state registration rules, additional trauma to the nose, a small amount of biopsy for expansion, which requires more mitoses, high costs and complex logistics associated with ex vivo expansion for subsequent implantation in humans, which limit the wide availability of this type of autologous cell implantation (chondrocytes).

Известна группа изобретений (патент RU 2731314 «Способ производства клеточных сфероидов для восстановления хрящей») позволяющая получать аутологичный трансплантат в виде клеточных сфероидов из надхрящницы ребра субъекта, обладающих выраженным регенерационным потенциалом, для восстановления суставного хряща. Способ включает в себя выделение клеток из надхрящницы собственного реберного хряща субъекта, культивирование выделенных клеток, перенесение клеток в агарозные планшеты из расчета 20000 клеток на 1 лунку агарозного планшета и их последующее культивирование с образованием клеточных сфероидов. Способ позволяет исключить дополнительную травматизацию сустава, забрать достаточное количество клеточного материала для экспансии и не связан с травмой хрящей носа. Камбиальные клетки надхрящницы имеют некоторые сходные со стволовыми клетками свойства, такие как клональная экспансия, экстенсивная пролиферация и потенциал дифференцировки в хондрогенный и адипогенные клоны.A group of inventions is known (patent RU 2731314 "Method for the production of cellular spheroids for cartilage restoration") that makes it possible to obtain an autologous transplant in the form of cellular spheroids from the perichondrium of the rib of a subject with a pronounced regenerative potential for the restoration of articular cartilage. The method includes isolating cells from the perichondrium of the subject's own costal cartilage, culturing the isolated cells, transferring the cells to agarose plates at the rate of 20,000 cells per 1 well of the agarose plate, and then culturing them to form cell spheroids. EFFECT: method makes it possible to exclude additional traumatization of the joint, to take a sufficient amount of cellular material for expansion and is not associated with trauma to the nasal cartilage. Perchondrium cambial cells have some similar properties to stem cells, such as clonal expansion, extensive proliferation, and the potential to differentiate into chondrogenic and adipogenic clones.

Предпринимались многочисленные попытки использовать мезенхимальных стромальных клеток для восстановления суставного хряща, проводились клинические исследования. Несмотря на способность генерировать хрящевую ткань, МСК имеют тенденцию к дифференцировке в гипертрофические хондроциты и инициировать последующую нежелательную эндохондральную оссификацию. Эффективных и признанных врачебным сообществом медицинских регенеративных технологий заместительного восстановления хряща этими клетками не существует.Numerous attempts have been made to use mesenchymal stromal cells to repair articular cartilage, and clinical studies have been conducted. Despite the ability to generate cartilage tissue, MSCs tend to differentiate into hypertrophic chondrocytes and initiate subsequent unwanted endochondral ossification. Effective and recognized by the medical community, there are no medical regenerative technologies for replacing cartilage with these cells.

Согласно современным представлениям культивированные МСК после аутологичной трансплантации не функционируют в организме как предшественники тканей ни в нормальном стационарном состоянии, ни в условиях болезни или травмы; они не являются стволовыми клетками. Согласно концепции медицинских сигнальных клеток (Medicinal Signaling Cells), после трансплантации (In vivo) МСК являются источниками трофических факторов, которые они секретируют, модулирующих иммунную систему и индуцирующих собственные стволовые клетки, тканеспецифические клетки-предшественники (ответственные за регенерацию поврежденной ткани) для восстановления поврежденных тканей, продолжительность жизни трансплантированных клеток даже при аутологичной трансплантации составляет несколько суток (Caplan AI. Mesenchymal Stem Cells: Time to Change the Name! Stem Cells Transl Med. 2017 Jun;6(6):1445-1451. doi: 10.1002/sctm.17-0051. Epub 2017 Apr 28. PMID: 28452204; PMCID: PMC5689741).According to modern concepts, cultured MSCs after autologous transplantation do not function in the body as tissue precursors either in a normal stationary state or under conditions of illness or injury; they are not stem cells. According to the concept of Medical Signaling Cells, after transplantation (In vivo), MSCs are sources of trophic factors that they secrete, modulating the immune system and inducing their own stem cells, tissue-specific progenitor cells (responsible for the regeneration of damaged tissue) to restore damaged tissues, the lifespan of transplanted cells, even with autologous transplantation, is several days (Caplan AI. Mesenchymal Stem Cells: Time to Change the Name! Stem Cells Transl Med. 2017 Jun;6(6):1445-1451. doi: 10.1002/sctm. 17-0051. Epub 2017 Apr 28. PMID: 28452204; PMCID: PMC5689741).

Установлено, что МСК обладают хондро-индуктивными эффектами в сочетании с пересадкой аутологичных хондронов для лечения очаговых дефектов хряща (de Windt TS, Vonk LA, Slaper-Cortenbach ICM, Nizak R, van Rijen МНР, Saris DBF. Allogeneic MSCs and Recycled Autologous Chondrons Mixed in a One-Stage Cartilage Cell Transplantion: A First-in-Man Trial in 35 Patients. Stem Cells. 2017 Aug;35(8):1984-1993. doi: 10.1002/stem.2657. Epub 2017 Jun 23. PMID: 28600828). В этом известном способе операцию выполняли через миниартротомию коленного сустава. Дефекты хряща зачищали, удаляя кальцифицированный слой хряща и создавая ровные края интактного окружающего суставного хряща. Операционная рана временно закрывалась стерильной повязкой. Полученная очищенная хрящевая ткань была переработана с использованием протокола быстрого ферментативного выделения для получения 100 000-400 000 хондронов (хондроцитов с их перицеллюлярным матриксом) в лабораторных условиях для последующей ретрансплантации. Аллогенные МСК были выделены из костного мозга двух здоровых доноров (возраст 2 и 5 лет) и размножены в адгезивной культуре. До момента применения эти клетки находились в криоконсервированном состоянии. После оттаивания МСК промывали раствором 0,9% хлорида натрия с 10% сывороточного альбумина человека с концентрацией оставшегося после криоконсервации МСК диметилсульфоксида <0,001% в конечном продукте. Перед применением аутологичные хондроны и аллогенные МСК объединялись в соотношении 10:90 (стандартный выход) или 20:80 (высокий выход), в зависимости от количества выделенных от пациента хондронов.It has been established that MSCs have chondro-inductive effects in combination with transplantation of autologous chondrons for the treatment of focal cartilage defects (de Windt TS, Vonk LA, Slaper-Cortenbach ICM, Nizak R, van Rijen MHP, Saris DBF. Allogeneic MSCs and Recycled Autologous Chondrons Mixed in a One-Stage Cartilage Cell Transplantion: A First-in-Man Trial in 35 Patients Stem Cells 2017 Aug;35(8):1984-1993 doi: 10.1002/stem.2657 Epub 2017 Jun 23 PMID: 28600828). In this known method, the operation was performed through mini-arthrotomy of the knee joint. Cartilage defects were trimmed by removing the calcified cartilage layer and creating smooth edges of the intact surrounding articular cartilage. The surgical wound was temporarily covered with a sterile dressing. The resulting purified cartilage tissue was processed using a rapid enzymatic isolation protocol to obtain 100,000-400,000 chondrons (chondrocytes with their pericellular matrix) in the laboratory for subsequent retransplantation. Allogeneic MSCs were isolated from the bone marrow of two healthy donors (aged 2 and 5 years) and propagated in an adhesive culture. Until the moment of application, these cells were in a cryopreserved state. After thawing, MSCs were washed with a solution of 0.9% sodium chloride with 10% human serum albumin with a concentration of dimethyl sulfoxide remaining after cryopreservation of MSCs <0.001% in the final product. Before use, autologous chondrons and allogeneic MSCs were combined in a ratio of 10:90 (standard yield) or 20:80 (high yield), depending on the amount of chondrons isolated from the patient.

Клетки суспендировали в фибриновом клее (Beriplast, CSL Behring, США), используя 1,5-2 миллиона клеток на миллилитр клея. Примерно через 90 минут клеточный материал доставлялся в операционную, с раны колена снимали покрытие-повязку, и клетки имплантировали в сустав с использованием носителя из фибринового клея. Было имплантировано приблизительно 0,9 мл клеточного продукта (клетки + фибриновый клей) на квадратный сантиметр дефекта, продукт должен плотно прилежать ко дну и краям дефекта хряща. Авторы обращают внимание, что в предыдущих исследованиях in vitro и in vivo им удалось показать преимущество использования комбинации хондронов и МСК по сравнению с хондрами или МСК по отдельности, что делает маловероятным достижение тех же результатов с ограниченным количеством доступных изолированных аутологичных хондр. Вышеописанный способ основан на предварительном заборе относительно небольшого количества хряща вокруг дефекта суставного хряща для выделения хондр, поэтому возможности восстановления хряща в этом случае ограничены небольшими размерами закрываемых хрящевых дефектов. Свеже размороженные аллогенные клетки обладают слабой жизнеспособностью при пересадке в живой организм, им необходимо время до трансплантации для внутриклеточной регенерации криоповреждений в благоприятных условиях ин витро (этот этап такой технологией не предусмотрен), замороженные клетки также обладают всеми характерными и известными недостатками аллогенного материала. Использование донорского материала оставшегося от пересадки костного мозга детей может затруднить широкое внедрение способа в практическое здравоохранение.The cells were suspended in fibrin glue (Beriplast, CSL Behring, USA) using 1.5-2 million cells per milliliter of glue. Approximately 90 minutes later, the cell material was delivered to the operating room, the dressing was removed from the knee wound, and the cells were implanted into the joint using a fibrin glue carrier. Approximately 0.9 ml of cell product (cells + fibrin glue) was implanted per square centimeter of the defect, the product should adhere tightly to the bottom and edges of the cartilage defect. The authors point out that in previous in vitro and in vivo studies they were able to show the advantage of using a combination of chondrons and MSCs compared to chondrules or MSCs alone, which makes it unlikely to achieve the same results with the limited number of isolated autologous chondrules available. The above method is based on the preliminary sampling of a relatively small amount of cartilage around the articular cartilage defect to isolate the chondrules, so the possibilities of cartilage restoration in this case are limited by the small size of the cartilage defects to be closed. Freshly thawed allogeneic cells have poor viability when transplanted into a living organism, they need time before transplantation for intracellular regeneration of cryodamages under favorable conditions in vitro (this stage is not provided for by this technology), frozen cells also have all the characteristic and known disadvantages of allogeneic material. The use of donor material left over from bone marrow transplantation in children can make it difficult to widely implement the method in practical healthcare.

Важно отметить, что 3D-агрегаты - сфероиды из МСК считаются более физиологическими для клеточных культур за счет усиления межклеточных взаимодействий и взаимодействий с матриксом, накапливаемым в составе сфероида. Сами клетки (МСК), культивированные в сфероидах, по сравнению с 2D адгезивными культурами обладают усиленным противовоспалительным и тканевым репаративным/регенеративным действием с улучшенной выживаемостью клеток после трансплантации (Cesarz Z, Tamama K. Spheroid Culture of Mesenchymal Stem Cells. Stem Cells Int. 2016; 2016:9176357. doi: 10.1155/2016/9176357. Epub 2015 Nov 16)It is important to note that 3D aggregates - spheroids from MSCs are considered more physiological for cell cultures due to the enhancement of intercellular interactions and interactions with the matrix accumulated in the spheroid. Cells themselves (MSCs) cultured in spheroids, compared to 2D adhesive cultures, have enhanced anti-inflammatory and tissue reparative/regenerative effects with improved cell survival after transplantation (Cesarz Z, Tamama K. Spheroid Culture of Mesenchymal Stem Cells. Stem Cells Int. 2016 ; 2016:9176357. doi: 10.1155/2016/9176357. Epub 2015 Nov 16)

Недавно установлено, что в лабораторных условиях МСК жировой ткани могут инициировать образование хряща неонатальными хондроцитами при смешивании и совместном культивировании в биомиметических гидрогелях с определенными свойствами. Технология не предназначена для клинического применения (Wang Т. et al. Modulating stem cellchondrocyte interactions for cartilage repair using combinatorial extracellular matrix-containing hydrogels// J. Mater. Chem. B, 2016, 4, p.7641-7650, DOI: 10.1039/c6tb01583b).It has recently been established that, under laboratory conditions, adipose tissue MSCs can initiate cartilage formation by neonatal chondrocytes when mixed and co-cultivated in biomimetic hydrogels with certain properties. The technology is not intended for clinical use (Wang T. et al. Modulating stem cellchondrocyte interactions for cartilage repair using combinatorial extracellular matrix-containing hydrogels// J. Mater. Chem. B, 2016, 4, p.7641-7650, DOI: 10.1039 /c6tb01583b).

Таким образом, несмотря на имеющиеся способы восстановления хрящей, все они характеризуются рядом недостатков и ограничений, поэтому сохраняется необходимость в разработке и создании новых способов и подходов к решению указанной проблемы.Thus, despite the available methods of cartilage restoration, all of them are characterized by a number of shortcomings and limitations, so there remains a need to develop and create new methods and approaches to solving this problem.

Задачей изобретения является создание способа биофабрикации трансплантата в виде клеточных сфероидов для регенеративных технологий восстановления хряща субъекта на основе клеток надхрящницы собственного реберного хряща субъекта и мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга этого же субъекта.The objective of the invention is to create a method for biofabrication of a transplant in the form of cell spheroids for regenerative technologies for restoring the subject's cartilage based on the perichondrium cells of the subject's own costal cartilage and multipotent mesenchymal stromal cells of the bone marrow of the same subject.

Техническим результатом данного изобретения является получение улучшенного аутологичного трансплантата на основе клеточных сфероидов, обладающих не только выраженным регенеративным потенциалом, но и способностью активировать репаративную регенерацию локально, как местных тканей, так и клеток надхрящницы сфероида-трансплантата, а также улучшить интеграцию регенерата растущего из клеточных сфероидов с частично регенерирующими окружающей хрящевой тканью реципиентной области для эффективного восстановления хряща, в частности, суставного хряща, а также снизить риск инфекционных осложнений за счет синтеза антимикробных пептидов (индолеамин-2,3-диоксигеназа (IDO), кателицидин LL-37, гепсидин) МСК, которые входят в составе трансплантата-сфероида. Требуется только одна артроскопическая операция для заполнения хрящевого дефекта, сама операция более быстрая, так как исключен этап ожидания во время которого происходит подготовки забранного клеточного материала для трансплантации в дефект. Полученный сфероид обладает более высоким регенеративным потенциалом, по сравнению со сфероидами только из клеток надхрящницы.The technical result of this invention is to obtain an improved autologous graft based on cellular spheroids, which not only have a pronounced regenerative potential, but also the ability to activate reparative regeneration locally, both local tissues and cells of the perichondrium of the spheroid-transplant, as well as improve the integration of the regenerate growing from cellular spheroids with partially regenerating surrounding cartilage tissue of the recipient area for effective restoration of cartilage, in particular, articular cartilage, as well as to reduce the risk of infectious complications due to the synthesis of antimicrobial peptides (indoleamine-2,3-dioxygenase (IDO), cathelicidin LL-37, hepcidin) MSCs , which are part of the transplant-spheroid. Only one arthroscopic operation is required to fill the cartilage defect, the operation itself is faster, since the waiting stage is eliminated during which the collected cellular material is prepared for transplantation into the defect. The resulting spheroid has a higher regenerative potential compared to spheroids from perichondrium cells only.

Дополнительно, способ по изобретению позволяет получить сфероиды из надхрящницы реберного хряща и МСК костного мозга быстрее и большего объема, по сравнению со сфероидами на основе только клеток надхрящницы, так как одновременно используются 2 клеточные культуры, материал готовится персонифицировано, этап криоконсервации исключен. Следует отметить, что забор и надхрящницы и забор костного мозга в объемах необходимых для реализации этого способа производятся в амбулаторных условиях под местной анестезией. Забор костного мозга производится из гребней подвздошных костей с помощью игл для аспирации костного мозга. Более высокие адгезивные свойства и способность к взаимному слиянию таких сфероидов позволяют использовать сфероиды меньшего размера, что улучшает жизнеспособность клеток в центральной части сфероида при 3D культивировании и выживаемость клеток сфероида при приживлении. МСК создает благоприятную локальную среду для регенерации хряща из камбиальных клеток надхрящницы, в составе сфероида обладают усиленным противовоспалительным и тканевым репаративным/регенеративным действием, включающим препятствующий рубцеванию, препятствующий апоптозу и стимулирующим клеточное деление эффектами.Additionally, the method according to the invention makes it possible to obtain spheroids from the costal cartilage perichondrium and bone marrow MSCs faster and larger than spheroids based only on perichondrium cells, since 2 cell cultures are used simultaneously, the material is prepared in a personalized manner, and the cryopreservation step is excluded. It should be noted that the sampling of both perichondria and bone marrow sampling in the volumes necessary for the implementation of this method are performed on an outpatient basis under local anesthesia. Bone marrow is harvested from the iliac crests using bone marrow aspiration needles. Higher adhesive properties and the ability to mutually fuse such spheroids allow the use of smaller spheroids, which improves the viability of cells in the central part of the spheroid during 3D cultivation and the survival of spheroid cells during engraftment. MSCs create a favorable local environment for cartilage regeneration from the cambial cells of the perichondrium; as part of a spheroid, they have an enhanced anti-inflammatory and tissue reparative/regenerative effect, including preventing scarring, preventing apoptosis, and stimulating cell division effects.

Достижение указанного технического результата обеспечивается при осуществлении способа получения трансплантата на основе клеточных сфероидов для регенеративных технологий восстановления гиалиновых хрящей субъекта на основе клеток надхрящницы собственного реберного хряща субъекта и МСК костного мозга субъекта, включающего следующие этапы:The achievement of the specified technical result is ensured by the implementation of a method for obtaining a transplant based on cellular spheroids for regenerative technologies for restoring the subject's hyaline cartilage based on the perichondrium cells of the subject's own costal cartilage and MSCs of the subject's bone marrow, which includes the following steps:

а) выделение адгезивных клеток из камбиального слоя надхрящницы собственного реберного хряща субъекта;a) isolation of adhesive cells from the cambial layer of the perichondrium of the subject's own costal cartilage;

б) выделение адгезивных стромальных клеток из собственного костного мозга субъекта;b) isolating adherent stromal cells from the subject's own bone marrow;

в) раздельное культивирование выделенных на стадии а) и б) клеток в адгезивных 2D культурах раздельно без хондрогенной дифференцировочной среды с добавлением 10% тромболизата (PLTGold® Human Platelet Lysate, Merck);c) separate cultivation of the cells isolated in steps a) and b) in adhesive 2D cultures separately without chondrogenic differentiation medium with the addition of 10% thrombolysate (PLTGold® Human Platelet Lysate, Merck);

г) перенесение клеток, полученных на стадии в), в NanoCulture® плиты для 3D-культивирования (Corning® 1536-луночный микропланшет для сфероидов с круглым дном и сверхнизким прикреплением, с крышкой, стерильный (Corning® 1536-well Black/Clear Round Bottom Ultra-low Attachment Spheroid Microplate, with Lid, Sterile) и последующее 3D культивирование с образованием клеточных сфероидов, причем на этом этапе производиться смешанное культивирование клеток надхрящницы и МСК в соотношении 1:1. В частных вариантах воплощения изобретения субъект представляет собой человека. В частных вариантах воплощения изобретения хрящ представляет собой суставной хрящ, хрящи носа, гортани, трахеи и бронхов, ушной раковины или хрящ межпозвоночных дисков. В частных вариантах воплощения изобретения культивирование клеток на стадии в) осуществляется в течение 20-30 дней. В частных вариантах воплощения изобретения перенесение клеток на стадии в) осуществляется из расчета 8000 клеток двух выращенных клеточных культур на 1 лунку микропланшета в соотношении 1:1.d) transferring the cells obtained in step c) to NanoCulture® 3D culture plates (Corning® 1536-well microplate for spheroids with round bottom, ultra-low attachment, with lid, sterile (Corning® 1536-well Black/Clear Round Bottom Ultra-low Attachment Spheroid Microplate, with Lid, Sterile) and subsequent 3D cultivation with the formation of cell spheroids, and at this stage, mixed cultivation of perichondrium cells and MSCs in a ratio of 1: 1. In particular embodiments of the invention, the subject is a human. In embodiments, the cartilage is articular cartilage, cartilage of the nose, larynx, trachea and bronchi, auricle, or cartilage of the intervertebral discs.In particular embodiments, the cell culture in step c) is carried out for 20-30 days. In private embodiments of the invention, the transfer of cells in stage c) is carried out at the rate of 8000 cells of two grown cell cultures per 1 well of the microplate in a ratio of 1:1.

В частных вариантах слияние клеток в клеточные сфероиды осуществляется в лунках пластикового микропланшета, где они пребывают 5 суток (допустимо 3D культивирование не дольше 8 суток). В частных вариантах воплощения изобретения слияние клеток в клеточные сфероиды осуществляется через 5-8 дней.In particular cases, the fusion of cells into cell spheroids is carried out in the wells of a plastic microplate, where they stay for 5 days (3D cultivation is acceptable for no longer than 8 days). In private embodiments of the invention, the fusion of cells into cell spheroids is carried out after 5-8 days.

Настоящее изобретение также относится к трансплантату для восстановления хряща субъекта, включающему клеточные сфероиды на основе клеток камбиального слоя надхрящницы собственного реберного хряща и собственного костного мозга субъекта и полученному способом по изобретению. В частных вариантах воплощения изобретения хрящ представляет собой суставной хрящ, хрящи носа, гортани, трахеи и бронхов, ушной раковины или хрящ межпозвоночных дисков.The present invention also relates to a transplant for cartilage repair of a subject, comprising cell spheroids based on cells of the cambial layer of the perichondrium of the subject's own costal cartilage and the subject's own bone marrow, and obtained by the method of the invention. In particular embodiments, the cartilage is articular cartilage, cartilage of the nose, larynx, trachea and bronchi, auricle, or cartilage of intervertebral discs.

В частных вариантах воплощения изобретения субъект представляет собой человека.In particular embodiments of the invention, the subject is a human.

Технический результат настоящего изобретения также достигается за счет применения клеток камбиального слоя надхрящницы собственного реберного хряща и МСК костного мозга субъекта в соотношении 1:1 для получения трансплантата в виде клеточных сфероидов диаметром 420-460 мкм. Следует подчеркнуть важность присутствия в составе питательной среды тромболизата, поскольку тромболизат эффективно поддерживает пролиферативную способность культивируемых клеток хрящевого дифферона, более того тромболизат поддерживает тканеспецифичность клеток в культуре (De Angelis Е. et al. Platelet lysate reduces the chondrocyte dedifferentiation during in vitro expansion: Implications for cartilage tissue engineering// Res Vet Sci. 2020 Dec; 133:98-105. doi: 10.1016/j.rvsc.2020.08.017. Epub 2020 Sep 6.).The technical result of the present invention is also achieved through the use of cells of the cambial layer of the perichondrium of the own costal cartilage and MSCs of the subject's bone marrow in a ratio of 1:1 to obtain a transplant in the form of cell spheroids with a diameter of 420-460 μm. The importance of the presence of thrombolysate in the nutrient medium should be emphasized, since thrombolysate effectively supports the proliferative ability of cultured cartilage differon cells, moreover, thrombolysate maintains tissue specificity of cells in culture (De Angelis E. et al. Platelet lysate reduces the chondrocyte dedifferentiation during in vitro expansion: Implications for cartilage tissue engineering// Res Vet Sci 2020 Dec 133:98-105 doi: 10.1016/j.rvsc.2020.08.017 Epub 2020 Sep 6.).

Определения и терминыDefinitions and terms

Различные термины, относящиеся к объектам настоящего изобретения, используются выше и также в описании и в формуле изобретения. Если иное не оговаривается, все технические и научные термины, используемые в данной заявке, имеют то же самое значение, которое понятно для специалистов в данной области. Ссылки на методики, используемые при описании данного изобретения, относятся к хорошо известным методам, включая изменения этих методов и замену их эквивалентными методами, известными специалистам.Various terms relating to the objects of the present invention are used above and also in the description and in the claims. Unless otherwise specified, all technical and scientific terms used in this application have the same meaning as understood by those skilled in the art. References to techniques used in the description of this invention refer to well-known methods, including modifications of these methods and replacing them with equivalent methods known to those skilled in the art.

В описании данного изобретения термины «включает» и «включающий» интерпретируются как означающие «включает, помимо всего прочего». Указанные термины не предназначены для того, чтобы их истолковывали как «состоит только из».In the description of the present invention, the terms "comprises" and "comprising" are interpreted to mean "includes, among other things." These terms are not intended to be construed as "consisting only of".

В описании данного изобретения термин надхрящница (перихондр) - соединительнотканная оболочка хряща (за исключением хряща суставных поверхностей костей); состоит из двух слоев: внешний (фиброзный), более плотный, слой переходит без резких границ в окружающую соединительную ткань, внутренний (хондрогенный) слой содержит клетки, способные превращаться в хондробласты, обеспечивающие рост хряща.In the description of this invention, the term perichondrium (perichondrus) is the connective tissue sheath of cartilage (with the exception of the cartilage of the articular surfaces of bones); consists of two layers: the outer (fibrous), denser, the layer passes without sharp boundaries into the surrounding connective tissue, the inner (chondrogenic) layer contains cells that can turn into chondroblasts that ensure the growth of cartilage.

В описании данного изобретения термин биофабрикация - это процесс искусственного конструирования и выращивания вне организма человека живых, функциональных тканей или органов для последующей трансплантации пациенту с целью замены или стимуляции регенерации поврежденных органов или тканей, чаще всего с использованием технологии биопечати.In the description of this invention, the term biofabrication is the process of artificially designing and growing living, functional tissues or organs outside the human body for subsequent transplantation to a patient in order to replace or stimulate the regeneration of damaged organs or tissues, most often using bioprinting technology.

В описании данного изобретения термин строма костного мозга - соединительная ткань, представленная всеми типами клеток, которые локализованы между наружной поверхностью сосудов костного мозга и поверхностью кости, которая служит окружением для гемопоэтических (кроветворных) клеток.In the description of this invention, the term bone marrow stroma is a connective tissue, represented by all types of cells that are localized between the outer surface of the vessels of the bone marrow and the surface of the bone, which serves as an environment for hematopoietic (hematopoietic) cells.

В описании данного изобретения термин сфероиды - плотно упакованные клеточные агрегаты шарообразной формы, сформированные путем трехмерного культивирования, важным свойством которых является способность к взаимной адгезии и последующему тканевому слиянию, а также к адгезии к элементам внеклеточного матрикса реципиента; тканевые сфероиды имеют тканеподобное строение, их часто называют трехмерными микротканями, созданными в искусственных условиях, максимизирующих межклеточные взаимодействия.In the description of this invention, the term spheroids is densely packed spherical cell aggregates formed by three-dimensional cultivation, an important property of which is the ability for mutual adhesion and subsequent tissue fusion, as well as for adhesion to the elements of the recipient's extracellular matrix; tissue spheroids have a tissue-like structure, they are often called three-dimensional microtissues created under artificial conditions that maximize intercellular interactions.

В описании данного изобретения термин адгезивные культуры - монослойные культуры клеток, способных посредством своих рецепторов прикрепляться культуральному пластику или стеклу, при наличии определенных условий эти клетки будут прикрепляться к субстрату и в норме будут делиться и распространяться таким способом. У таких клеток есть зависимость от подложки - прикрепление к субстрату является необходимой предпосылкой для клеточной пролиферации.In the description of this invention, the term adhesive cultures are monolayer cultures of cells capable of attaching to cultural plastic or glass through their receptors, under certain conditions, these cells will attach to the substrate and will normally divide and spread in this way. Such cells have a dependence on the substrate - attachment to the substrate is a necessary prerequisite for cell proliferation.

В описании данного изобретения термин рубцевание - это процесс созревания грануляционной ткани, заканчивающийся образованием атипичного регенерата - рубца, морфологически характеризуется уменьшением числа сосудов и клеточных элементов, образованием фиброцитов и характерно уложенных коллагеновых волокон.In the description of this invention, the term scarring is the process of maturation of granulation tissue, ending in the formation of an atypical regenerate - a scar, morphologically characterized by a decrease in the number of vessels and cellular elements, the formation of fibrocytes and characteristically laid collagen fibers.

В описании данного изобретения термин биопечать органов - это роботическое послойное создание органных конструкций из тканевых сфероидов или клеток согласно цифровой модели.In the description of this invention, the term organ bioprinting is the robotic layer-by-layer creation of organ structures from tissue spheroids or cells according to a digital model.

Хондрификация (также известная как хондрогенез) представляет собой процесс образования хряща из уплотненной мезенхимной ткани. Во время формирования хряща недифференцированные МСК обладают высокой пролиферацией и образуют плотные скопления хондрогенных клеток в центре хондрификации. Эти кондрогенные клетки затем дифференцируются в хондробласты, которые затем синтезируют внеклеточный матрикс хряща.Chondrification (also known as chondrogenesis) is the process of cartilage formation from compacted mesenchymal tissue. During cartilage formation, undifferentiated MSCs are highly proliferating and form dense aggregations of chondrogenic cells at the center of chondrification. These condrogenous cells then differentiate into chondroblasts, which then synthesize the cartilage extracellular matrix.

В описании данного изобретения термин мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (МСК) - гетерогенная популяция клеток стромы костного мозга и некоторых иных источников, способная к дифференцировке в клетки, имеющие мезенхимальное происхождение: адипоциты, хондроциты и остеоциты.In the description of this invention, the term multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs) is a heterogeneous population of stromal cells from the bone marrow and some other sources capable of differentiating into cells of mesenchymal origin: adipocytes, chondrocytes and osteocytes.

В описании данного изобретения термин трансплантационная регенерация - регенерация по трансплантату, стимуляция регенерационного процесса или обеспечения самой возможности восстановления путем трансплантации тканей, которые в дальнейшем подвергаются разрушению и рассасыванию, создают модель (каркас), которая позволяет местным тканям осуществлять регенерацию. Метод трансплантации используют для стимуляции регенерационного процесса или обеспечения самой возможности восстановления.In the description of this invention, the term transplantation regeneration - transplant regeneration, stimulation of the regeneration process or the very possibility of recovery by transplantation of tissues that are further destroyed and resorbed, creates a model (framework) that allows local tissues to regenerate. The transplantation method is used to stimulate the regeneration process or to ensure the very possibility of recovery.

Субкультивирование - процесс переноса некоторых или всех клеток из предыдущей культуры в свежую питательную среду, часто в новый сосуд для культивирования.Subculturing is the process of transferring some or all of the cells from a previous culture to a fresh culture medium, often a new culture vessel.

Используемый в данной заявке термин «хондрогенная среда» означает среду, необходимую для дифференцировки клеток в хондрогенном направлении.Used in this application, the term "chondrogenic environment" means the environment necessary for the differentiation of cells in the chondrogenic direction.

В описании данного изобретения PLT Gold®- коммерческий продукт немецкой фармацевтической, химической и биологической компании Мерк - добавка для культивирования клеток, свободной от животных белков, которая по мнению производителя, является альтернативой эмбриональной бычьей сыворотке, имеющей ряд существенных преимуществ, представляет собой нефракционированный продукт, лизат, полученный из тромбоцитов человека, не требующий добавления гепарина.In the description of this invention, PLT Gold®, a commercial product of the German pharmaceutical, chemical and biological company Merck, is an animal protein-free cell culture supplement, which, according to the manufacturer, is an alternative to fetal bovine serum, which has a number of significant advantages, is an unfractionated product, a lysate derived from human platelets that does not require the addition of heparin.

В описании данного изобретения хондрон - группа хрящевых клеток единого происхождения в комплексе с прилежащим к ним межклеточным веществом, являются истинной морфологической единицей суставного хряща. Долгое время считалось, что хондры (множественное число «хондрон») функционируют как первичные метаболические единицы гиалинового хряща.In the description of this invention, chondron - a group of cartilage cells of a single origin in combination with the adjacent intercellular substance, are the true morphological unit of articular cartilage. The chondrules (plural "chondron") have long been thought to function as the primary metabolic units of hyaline cartilage.

Подробное раскрытие изобретениеDetailed disclosure of the invention

Технический результат достигается тем, что в качестве источника хондропрогениторных клеток для производства сфероидов используется камбиальный слой надхрящницы, являющийся для хряща клеточным источником полноценной регенерации, предложенные сфероиды имеют более высокие показатели регенеративного потенциала за счет введения в состав сфероида МСК (в пропорции 1:1 или 1:2 к клеткам камбиального слоя надхрящницы). МСК обладают известными хондроиндуктивными, противовоспалительными эффектами, стимулирующими трансплантационную регенерацию, облегчающую приживление регенерата, тканевое взаимное слияние сфероидов, а также к адгезии сфероидов к элементам внеклеточного матрикса. Важный антимикробный эффект таких сфероидов обусловлен продукцией МСК, которые в составе сфероидов, антимикробных пептидов, что снижает риск послеоперационных инфекционных осложнений.The technical result is achieved by the fact that the cambial layer of the perichondrium is used as a source of chondroprogenitor cells for the production of spheroids, which is a cellular source of complete regeneration for cartilage, the proposed spheroids have higher indicators of regenerative potential due to the introduction of MSCs into the composition of the spheroid (in a ratio of 1:1 or 1 :2 to the cells of the cambial layer of the perichondrium). MSCs have well-known chondroinductive, anti-inflammatory effects that stimulate transplantation regeneration, which facilitates engraftment of the regenerate, tissue mutual fusion of spheroids, and adhesion of spheroids to elements of the extracellular matrix. An important antimicrobial effect of such spheroids is due to the production of MSCs, which are part of spheroids, antimicrobial peptides, which reduces the risk of postoperative infectious complications.

Выделение клеток из камбиального слоя надхрящницы происходит путем его механического соскабливания под визуальным контролем с помощью операционного микроскопа, с последующей ферментативной диссоциацией извлеченного слоя надхрящницы в 0,1% растворе коллагеназы II (Sigma-Aldrich, USA) в питательной среде DMEM (Gibco, USA) с добавлением 2 мМ L-глутамина (ООО «ПанЭко», Россия) и пенициллин-стрептомицин, 100-кратный раствор, рабочая концентрация 10 мл/л (100-кратного раствора) (ООО «ПанЭко», Россия), инкубировали фрагменты тканей в течение 24 часов при температуре 37°С.Isolation of cells from the cambial layer of the perichondrium occurs by its mechanical scraping under visual control using an operating microscope, followed by enzymatic dissociation of the extracted layer of the perichondrium in 0.1% collagenase II solution (Sigma-Aldrich, USA) in DMEM nutrient medium (Gibco, USA) with the addition of 2 mM L-glutamine (LLC PanEco, Russia) and penicillin-streptomycin, 100-fold solution, working concentration 10 ml/l (100-fold solution) (LLC PanEco, Russia), tissue fragments were incubated in for 24 hours at 37°C.

Для получения первичной культуры из камбиального слоя, клетки, выделенные из надхрящницы, высевают в пластиковые флаконы для культивирования клеток, для работ с прикрепляемыми культурами, используется культуральная питательная среда следующего состава: DMEM (или DMEM /F12) 450 мл (ООО «ПанЭко», Россия), L-глутамин 292 мг, тромболизат (PLTGold®) 50 мл, пенициллин 100 ед/мл, стрептомицин 100 мкг/мл, при 100% влажности, температуре 37°С, газовая смесь с 5% содержанием СО2.To obtain a primary culture from the cambial layer, cells isolated from the perichondrium are seeded in plastic flasks for cell cultivation; for work with attached cultures, a culture nutrient medium of the following composition is used: DMEM (or DMEM / F12) 450 ml (LLC "PanEco", Russia), L-glutamine 292 mg, thrombolysate (PLTGold®) 50 ml, penicillin 100 units/ml, streptomycin 100 µg/ml, at 100% humidity, temperature 37°C, gas mixture with 5% CO 2 .

Для получения первичной культуры клеток из костного мозга, забирался из подвздошных костей аспират костного мозга, мононуклеарные клетки выделяли на градиенте плотности при центрифугировании (фиколла раствор), методом проточной цитофлуориметрии было установлено, что фибробластоподобные клетки, полученные в результате культивирования мононуклеарной фракции аспирата костного мозга, обладали следующим фенотипом: CD13+, CD34-, CD44+, CD45-, CD49b+, CD54+, CD90+, CD105+,CD106+-, CD117+-, HLA- ABC+-, HLA-DR-. Клетки переносились в пластиковые культуральные флаконы с обработанной поверхностью, используется культуральная питательная среда следующего состава: DMEM (или DMEM/F12) 450 мл, L-глутамин 292 мг, тромболизат (PLTGold®) -50 мл, пенициллин 100 ед/мл, стрептомицин 100 мкг/мл, при 100% влажности, температуре 37°С, газовая смесь с 5% содержанием СО2 в воздушной газовой смеси.To obtain a primary cell culture from the bone marrow, a bone marrow aspirate was taken from the iliac bones, mononuclear cells were isolated on a density gradient during centrifugation (ficoll solution), it was found by flow cytometry that fibroblast-like cells obtained as a result of culturing the mononuclear fraction of bone marrow aspirate, had the following phenotype: CD13+, CD34-, CD44+, CD45-, CD49b+, CD54+, CD90+, CD105+, CD106+-, CD117+-, HLA- ABC+-, HLA-DR-. Cells were transferred to surface-treated plastic culture flasks using the following culture medium: DMEM (or DMEM/F12) 450 ml, L-glutamine 292 mg, thrombolysate (PLTGold®) -50 ml, penicillin 100 U/ml, streptomycin 100 μg/ml, at 100% humidity, temperature 37°С, gas mixture with 5% CO 2 in air gas mixture.

Субкультивирование монослойной адгезивной культуры клеток камбиального слоя надхрящницы осуществляют до второго-третьего пассажа со сменой среды каждые 2-3 дня. После третьего пассажа клетки снимают с пластиковых флаконов раствором трипсина-ЭДТА 0,05% с солями Хенкса. Полученную клеточную взвесь отмывают от трипсина/ЭДТА, в том числе с помощью среды DMEM с 10% бычьей сывороткой с последующим центрифугированием (10 минут при 200g) и переносят в количестве 4000 клеток надхрящницы и 4000 МСК в каждую лунку микропланшета. Внутри лунок из необработанного культурального пластика из культивируемых клеток формируются клеточные агрегаты округлой формы - сфероиды. Таким образом, формирование микротканей - клеточных сфероидов происходит в бесскаффолдной 3D культуре клеток с использованием лунок микропланшета из полистирола с необработанной поверхностью.Subculturing monolayer adhesive cell culture of the cambial layer of the perichondrium is carried out until the second or third passage with a change of medium every 2-3 days. After the third passage, the cells are removed from plastic vials with a 0.05% trypsin-EDTA solution with Hank's salts. The resulting cell suspension is washed from trypsin/EDTA, including using DMEM medium with 10% bovine serum, followed by centrifugation (10 minutes at 200g) and transferred in the amount of 4000 perichondrium cells and 4000 MSCs to each well of the microplate. Cellular aggregates of round shape - spheroids - are formed from cultured cells inside the wells from untreated cultural plastic. Thus, the formation of microtissues - cell spheroids occurs in a scaffold-free 3D cell culture using polystyrene microplate wells with an untreated surface.

Для трансплантации сфероидов в живой организм их извлекают из лунок микропланшетов в стерильный лоток и переносят в пробирку (все время поддерживается температура раствора - носителя сфероидов в 37°С), где они осаждаются на дно без дополнительного центрифугирования. Сфероиды отмываются от культуральной питательной среды. После этого суспензию сфероидов в среде F-12, без глутамина, помещают в шприц и трансплантируют субъекту в зону дефекта через аппликатор, диаметром не менее 1 мм2, артроскопически, при температуре среды 37°С, возможно добавление фибринового клея. Сфероиды слипаются между собой прилипают к реципиентной поверхности через 20-30 минут при поддержании температуры в области трансплантации не ниже 37°С. Проводится иммобилизация конечности на сутки. Данные сфероиды могут быть использованы для биопечати хряща, как ин виво биопечати, так и тканеинженерных конструкций в лабораторных условиях.For transplantation of spheroids into a living organism, they are removed from the wells of microplates into a sterile tray and transferred to a test tube (the temperature of the solution - the carrier of spheroids is maintained at 37°C all the time), where they settle to the bottom without additional centrifugation. The spheroids are washed from the culture medium. After that, a suspension of spheroids in the F-12 medium, without glutamine, is placed in a syringe and transplanted to the subject into the defect zone through an applicator with a diameter of at least 1 mm2, arthroscopically, at an ambient temperature of 37°C, fibrin glue may be added. The spheroids stick together and stick to the recipient surface in 20-30 minutes while maintaining the temperature in the transplantation area at least 37°C. The limb is immobilized for a day. These spheroids can be used for cartilage bioprinting, both in vivo bioprinting and tissue engineering structures in the laboratory.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Пример 1Example 1

Взятие надхрящницы осуществляли с реберного хряща овец. Осуществлялся хирургический доступ к реберному хрящу. Для отделения надхрящницы от нижележащего хряща под нее вводили с помощью иглы шприца стерильную питательную среду F12. Отсеченную надхрящницу погружали в стерильную чашку Петри с теплой питательной средой F12 (37°С). При постоянном смачивании надхрящницу натягивали на стерильный деревянный брусок, вверх камбиальным слоем. Под контролем операционного микроскопа соскабливали этот слой с помощью лезвия скальпеля. С помощью пипетки кусочки надхрящницы переносились в емкость для ферментативной диссоциации. Использовали 0,1% растворе коллагеназы II (Sigma-Aldrich, USA) в питательной среде DMEM (Gibco, USA) с добавлением 2 мМ L-глутамина (ООО «ПанЭко», Россия) и пенициллин-стрептомицин, 100-кратный раствор, рабочая концентрация 10 мл/л (100-кратного раствора) (ООО «ПанЭко», Россия), инкубировали фрагменты тканей в среде с коллагеназой в инкубаторе в течение 24 часов при температуре 37°С.The perichondrium was taken from the costal cartilage of sheep. Surgical access to the costal cartilage was performed. To separate the perichondrium from the underlying cartilage, a sterile nutrient medium F12 was injected under it with a syringe needle. The severed perichondrium was immersed in a sterile Petri dish with warm nutrient medium F12 (37°C). With constant wetting, the perichondrium was pulled over a sterile wooden block, upwards with the cambial layer. Under the control of an operating microscope, this layer was scraped off with a scalpel blade. Using a pipette, pieces of perichondrium were transferred to a container for enzymatic dissociation. We used 0.1% collagenase II solution (Sigma-Aldrich, USA) in DMEM nutrient medium (Gibco, USA) supplemented with 2 mM L-glutamine (PanEco, Russia) and penicillin-streptomycin, 100-fold solution, working concentration 10 ml/l (100-fold solution) (LLC PanEco, Russia), tissue fragments were incubated in a medium with collagenase in an incubator for 24 hours at a temperature of 37°C.

Для получения первичной культуры из камбиального слоя, клетки, выделенные из надхрящницы, высевают в специальные пластиковые флаконы для культивирования клеток, предназначенные для работ с адгезивными (прикрепляемыми) клеточными культурами. Для экспансии клеток используется культуральная питательная среда следующего состава: DMEM (или DMEM /F12) 450 мл (ООО «ПанЭко», Россия), L-глутамин 292 мг, тромболизат (PLTGold®) 25 мл (возможно увеличить до 50 мл), пенициллин 100 ед/мл, стрептомицин 100 мкг/мл, при 100% влажности, температуре 370°С, газовая смесь с 5% содержанием CO2.To obtain a primary culture from the cambial layer, cells isolated from the perichondrium are seeded in special plastic cell culture flasks designed for working with adhesive (attached) cell cultures. For cell expansion, a culture nutrient medium of the following composition is used: DMEM (or DMEM /F12) 450 ml (LLC PanEco, Russia), L-glutamine 292 mg, thrombolysate (PLTGold®) 25 ml (can be increased to 50 ml), penicillin 100 U/ml, streptomycin 100 µg/ml, at 100% humidity, temperature 370°C, gas mixture with 5% CO 2 .

Для получения первичной культуры клеток из костного мозга, костный мозг в виде аспирата забирался из подвздошных костей, мононуклеарные клетки выделяли на градиенте плотности при центрифугировании (фиколла раствор) общеизвестным способом. Методом проточной цитофлуориметрии было установлено, что фибробластоподобные клетки, полученные в результате культивирования мононуклеарной фракции аспирата костного мозга, обладали следующим фенотипом: CD13+, CD34-, CD44+, CD45-, CD49b+, CD54+, CD90+, CD105+, CD106+-, CD117+-, HLA- ABC+-, HLA-DR-, характерным для МСК. Клетки переносились в пластиковые культуральные флаконы с обработанной поверхностью, используется для 2D культивирования питательная среда следующего состава: DMEM (или DMEM/F12) 450 мл, L-глутамин 292 мг, тромболизат (PLTGold®) - 25 мл, пенициллин 100 ед/мл, стрептомицин 100 мкг/мл, при 100% влажности, температуре 37°С, газовая смесь с 5% содержанием СО2 в воздушной газовой смеси внутри флакона.To obtain a primary culture of cells from the bone marrow, the bone marrow in the form of an aspirate was taken from the ilium, mononuclear cells were isolated on a density gradient by centrifugation (ficoll solution) by a well-known method. Using flow cytometry, it was found that fibroblast-like cells obtained by culturing the mononuclear fraction of bone marrow aspirate had the following phenotype: CD13+, CD34-, CD44+, CD45-, CD49b+, CD54+, CD90+, CD105+, CD106+-, CD117+-, HLA- ABC+-, HLA-DR-, typical for MSCs. The cells were transferred into plastic culture flasks with a treated surface, the following nutrient medium is used for 2D cultivation: DMEM (or DMEM/F12) 450 ml, L-glutamine 292 mg, thrombolysate (PLTGold®) - 25 ml, penicillin 100 units/ml, streptomycin 100 µg/ml, at 100% humidity, temperature 37°C, gas mixture with 5% CO 2 in air gas mixture inside the vial.

Субкультивирование монослойной адгезивной культуры клеток камбиального слоя надхрящницы осуществляют до второго-третьего пассажа со сменой среды каждые 2-3 дня. После третьего пассажа клетки снимают с пластиковых флаконов раствором трипсина-ЭДТА 0,05% с солями Хенкса. Полученную клеточную взвесь отмывают от трипсина/ЭДТА, в том числе с помощью среды DMEM с 5% бычьей сывороткой с последующим центрифугированием (10 минут при 200g) и переносят в количестве 4000 клеток надхрящницы и 4000 МСК в каждую лунку микропланшета (8000 клеток на 1 лунку). Внутри лунок из необработанного культурального пластика из культивируемых клеток формируются клеточные агрегаты округлой формы - сфероиды. Таким образом, формирование микротканей - клеточных сфероидов происходит в 3D культуре клеток с использованием лунок микропланшета из полистирола с необработанной (неадгезивной) поверхностью. Полученная тканеинженерная конструкция относится к бесскаффолдному типу, внутри сфероида клетки формируют собственный внеклеточный матрикс, улучшающий жизнеспособность клеток.Subculturing monolayer adhesive cell culture of the cambial layer of the perichondrium is carried out until the second or third passage with a change of medium every 2-3 days. After the third passage, the cells are removed from plastic vials with a 0.05% trypsin-EDTA solution with Hank's salts. The resulting cell suspension is washed from trypsin/EDTA, including using DMEM medium with 5% bovine serum, followed by centrifugation (10 minutes at 200g) and transferred in the amount of 4000 perichondrium cells and 4000 MSCs to each well of the microplate (8000 cells per 1 well). ). Cellular aggregates of round shape - spheroids - are formed from cultured cells inside the wells from untreated cultural plastic. Thus, the formation of microtissues - cell spheroids occurs in a 3D cell culture using polystyrene microplate wells with an untreated (non-adhesive) surface. The resulting tissue-engineering construct belongs to the scaffold-free type; inside the spheroid, cells form their own extracellular matrix, which improves cell viability.

Для трансплантации сфероидов в живой организм их извлекают из лунок микропланшетов в стерильный лоток и переносят в пробирку (все время поддерживается температура раствора - носителя сфероидов в 37°С). Внутри пробирки сфероиды осаждаются на дно без дополнительного центрифугирования. Сфероиды отмываются от культуральной питательной среды. После этого суспензию сфероидов в среде F-12, без глутамина, помещают в шприц и трансплантируют субъекту в зону дефекта через аппликатор, диаметром не менее 1 мм2, артроскопически, при температуре среды 37°С, возможно добавление в состав трансплантата фибринового клея или геля, на основе гиалуроновой кислоты, полученного известным способом (Stevens М.М., Marini R.P., Schaefer D., Aronson J., Langer R, Shastri V.P. In vivo engineering of organs: the bone bioreactor. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Aug 9; 102 (32): 11450-5). Сфероиды слипаются между собой прилипают к реципиентной поверхности через 20-30 минут при поддержании температуры в области трансплантации не ниже 37°С. Проводится иммобилизация конечности. Данные сфероиды могут быть использованы для ин виво биопечати хряща или фабрикации тканеинженерных конструкций в лабораторных условиях.For transplantation of spheroids into a living organism, they are removed from the wells of microplates into a sterile tray and transferred to a test tube (the temperature of the solution - the carrier of spheroids is maintained at 37°C all the time). Inside the tube, the spheroids settle to the bottom without additional centrifugation. The spheroids are washed from the culture medium. After that, a suspension of spheroids in the F-12 medium, without glutamine, is placed in a syringe and transplanted to the subject into the defect zone through an applicator with a diameter of at least 1 mm2, arthroscopically, at an ambient temperature of 37 ° C, it is possible to add fibrin glue or gel to the graft, based on hyaluronic acid obtained by a known method (Stevens M.M., Marini R.P., Schaefer D., Aronson J., Langer R, Shastri V.P. In vivo engineering of organs: the bone bioreactor. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Aug 9; 102 (32): 11450-5). The spheroids stick together and stick to the recipient surface in 20-30 minutes while maintaining the temperature in the transplantation area at least 37°C. The limb is immobilized. These spheroids can be used for in vivo bioprinting of cartilage or fabrication of tissue engineering constructs in the laboratory.

Полученные сфероиды из клеток овцы, кроликов и человека обладают высоким регенеративным потенциалом, проявляемым как ин виво, так и в органных моделях хрящевых дефектов.The spheroids obtained from sheep, rabbit, and human cells have a high regenerative potential, which is manifested both in vivo and in organ models of cartilage defects.

Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.While the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it should be apparent to those skilled in the art that the specific experiments described in detail are for the purpose of illustrating the present invention only and should not be construed as limiting the scope of the invention in any way. It should be clear that various modifications are possible without departing from the essence of the present invention.

Список литературы, которая включена в настоящее описание изобретения в качестве ссылок:List of literature, which is included in the present description of the invention as a reference:

1. Ming-Feng Hsueh, Patrik Önnerfjord, Michael P. Bolognesi, Mark E. Easley, Virginia B. Kraus. Analysis of "old" proteins unmasks dynamic gradient of cartilage turnover in human limbs. Science Advances, 2019; 5 (10): eaax3203 DOI: 10.1126/sciadv.aax32031. Ming-Feng Hsueh, Patrik Önnerfjord, Michael P. Bolognesi, Mark E. Easley, Virginia B. Kraus. Analysis of "old" proteins unmasks dynamic gradient of cartilage turnover in human limbs. Science Advances, 2019; 5 (10): eaax3203 DOI: 10.1126/sciadv.aax3203

2. Interna F., Van Roermund P. M., Marijnissen A. C. A., Cotofana S., Eckstein F., Castelein R. M., Bijlsma J. W. J., Mastbergen S. C, Lafeber F. P. J. G., Tissue structure modification in knee osteoarthritis by use of joint distraction: An open 1-year pilot study. Ann. Rheum. Dis. 70, 1441 -1446 (2011)2. Interna F., Van Roermund P. M., Marijnissen A. C. A., Cotofana S., Eckstein F., Castelein R. M., Bijlsma J. W. J., Mastbergen S. C, Lafeber F. P. J. G., Tissue structure modification in knee osteoarthritis by use of joint distraction: An open 1 -year pilot study. Ann. Rheum. Dis. 70, 1441-1446 (2011)

3. Caplan AI. Mesenchymal Stem Cells: Time to Change the Name! Stem Cells Transl Med. 2017 Jun; 6(6): 1445-1451. doi: 10.1002/sctm. 17-0051. Epub 2017 Apr 28. PMID: 28452204; PMCID: PMC56897413. Caplan AI. Mesenchymal Stem Cells: Time to Change the Name! Stem Cells Transl Med. Jun 2017; 6(6): 1445-1451. doi:10.1002/sctm. 17-0051. Epub 2017 Apr 28. PMID: 28452204; PMCID: PMC5689741

4. de Windt TS, Vonk LA, Slaper-Cortenbach ICM, Nizak R, van Rijen МНР, Saris DBF. Allogeneic MSCs and Recycled Autologous Chondrons Mixed in a One-Stage Cartilage Cell Transplantion: A First-in-Man Trial in 35 Patients. Stem Cells. 2017 Aug; 35(8):1984-1993. doi: 10.1002/stem.2657. Epub 2017 Jun 23. PMID: 286008284. de Windt TS, Vonk LA, Slaper-Cortenbach ICM, Nizak R, van Rijen MHP, Saris DBF. Allogeneic MSCs and Recycled Autologous Chondrons Mixed in a One-Stage Cartilage Cell Transplantion: A First-in-Man Trial in 35 Patients. Stem Cells. 2017 Aug; 35(8):1984-1993. doi: 10.1002/stem.2657. Epub 2017 Jun 23. PMID: 28600828

5. De Angelis E. et al. Platelet lysate reduces the chondrocyte dedifferentiation during in vitro expansion: Implications for cartilage tissue engineering// Res Vet Sci. 2020 Dec; 133:98-105. doi: 10.1016/j.rvsc.2020.08.017. Epub 2020 Sep 6.5. De Angelis E. et al. Platelet lysate reduces the chondrocyte dedifferentiation during in vitro expansion: Implications for cartilage tissue engineering// Res Vet Sci. Dec 2020; 133:98-105. doi: 10.1016/j.rvsc.2020.08.017. Epub 2020 Sep 6.

6. Cesarz Z, Tamama K. Spheroid Culture of Mesenchymal Stem Cells. Stem Cells Int. 2016; 2016:9176357. doi: 10.1155/2016/9176357. Epub 2015 Nov 166. Cesarz Z, Tamama K. Spheroid Culture of Mesenchymal Stem Cells. Stem Cells Int. 2016; 2016:9176357. doi: 10.1155/2016/9176357. Epub 2015 Nov 16

7. Wang T. et al. Modulating stem cell-chondrocyte interactions for cartilage repair using combinatorial extracellular matrix-containing hydrogels// J. Mater. Chem. B, 2016, 4, p. 7641-7650, DOI: 10.1039/c6tb01583b7 Wang T. et al. Modulating stem cell-chondrocyte interactions for cartilage repair using combinatorial extracellular matrix-containing hydrogels// J. Mater. Chem. B, 2016, 4, p. 7641-7650, DOI: 10.1039/c6tb01583b

8. Stevens M.M., Marini R.P., Schaefer D., Aronson J., Langer R, Shastri V.P. In vivo engineering of organs: the bone bioreactor. Proc Natl Acad Sci USA. 2005 Aug 9; 102 (32):11450-5.8. Stevens M.M., Marini R.P., Schaefer D., Aronson J., Langer R, Shastri V.P. In vivo engineering of organs: the bone bioreactor. Proc Natl Acad Sci USA. 2005 Aug 9; 102(32):11450-5.

Claims (7)

1. Способ биофабрикации трансплантата в виде клеточных сфероидов для регенеративных технологий восстановления хряща субъекта на основе клеток надхрящницы собственного реберного хряща субъекта и мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга этого же субъекта, характеризующийся тем, что выделяют адгезивные клетки из камбиального слоя надхрящницы собственного реберного хряща субъекта, выделяют адгезивные стромальные клетки из собственного костного мозга субъекта, осуществляют раздельное культивирование выделенных клеток в адгезивных 2D-культурах без хондрогенной дифференцировочной среды, при этом для получения первичной культуры выделенные клетки высевают в пластиковые флаконы с культуральной средой следующего состава: DMEM или DMEM /F12 450 мл, L-глутамин 292 мг, тромболизат PLTGold® Human Platelet Lysate, Merck - 50 мл, пенициллин 100 ед/мл, стрептомицин 100 мкг/мл, при 100% влажности, температуре 37°С, газовая смесь с 5% содержанием СО2, переносят полученные клетки в NanoCulture® плиты для 3D-культивирования Corning® 1536-луночный микропланшет для сфероидов с круглым дном и сверхнизким прикреплением, с крышкой, стерильный Corning® 1536-well Black/Clear Round Bottom Ultra-low Attachment Spheroid Microplate, with Lid, Sterile и последующее 3D культивирование с образованием клеточных сфероидов, при этом производят смешанное культивирование клеток надхрящницы и МСК в соотношении 1:1 в количестве 8000 клеток на лунку.1. A method for biofabrication of a transplant in the form of cell spheroids for regenerative technologies for restoring the subject's cartilage based on the perichondrium cells of the subject's own costal cartilage and multipotent mesenchymal stromal cells of the bone marrow of the same subject, characterized in that adhesive cells are isolated from the cambial layer of the perichondrium of the subject's own costal cartilage, adhesive stromal cells are isolated from the subject's own bone marrow, the isolated cells are cultivated separately in adhesive 2D cultures without chondrogenic differentiation medium, while in order to obtain a primary culture, the isolated cells are seeded in plastic vials with a culture medium of the following composition: DMEM or DMEM /F12 450 ml , L-glutamine 292 mg, PLTGold® Human Platelet Lysate, Merck - 50 ml, penicillin 100 U/ml, streptomycin 100 µg/ml, at 100% humidity, temperature 37°C, gas mixture with 5% CO 2 , transfer resulting cells to NanoCulture® 3D Culture Plates Corning® 1536-well Ultra-low Attachment Spheroid Microplate, with Lid, Sterile Corning® 1536-well Black/Clear Round Bottom Ultra-low Attachment Spheroid Microplate, with Lid, Sterile and subsequent 3D cultivation with the formation of cell spheroids, while producing a mixed cultivation of perichondrium cells and MSCs in a ratio of 1:1 in the amount of 8000 cells per well. 2. Способ по п. 1, в котором субъект представляет собой человека.2. The method of claim 1 wherein the subject is a human. 3. Способ по п. 1, в котором хрящ представляет собой суставной хрящ, хрящ носа, гортани, трахеи, бронхов, ушной раковины или межпозвоночных дисков.3. The method of claim 1, wherein the cartilage is articular cartilage, cartilage of the nose, larynx, trachea, bronchi, auricle, or intervertebral discs. 4. Способ по п. 1, в котором культивирование адгезивных стромальных клеток из собственного костного мозга субъекта, а также раздельное культивирование выделенных адгезивных клеток из камбиального слоя надхрящницы собственного реберного хряща субъекта осуществляют в течение 20-30 дней.4. The method according to claim 1, in which the cultivation of adhesive stromal cells from the subject's own bone marrow, as well as separate cultivation of the isolated adhesive cells from the cambial layer of the perichondrium of the subject's own costal cartilage, is carried out for 20-30 days. 5. Способ по п. 1, в котором перенесение клеток на стадии раздельного культивирования выделенных клеток осуществляют из расчета 8000 клеток надхрящницы и МСК в соотношении 1:1 на 1 лунку агарозного планшета.5. The method according to p. 1, in which the transfer of cells at the stage of separate cultivation of the isolated cells is carried out at the rate of 8000 cells of the perichondrium and MSCs in a ratio of 1:1 per 1 well of the agarose plate. 6. Способ по п. 1, в котором слияние клеток в клеточные сфероиды осуществляют в лунках пластикового микропланшета, где клетки пребывают до 6 дня.6. The method according to p. 1, in which the fusion of cells into cell spheroids is carried out in the wells of a plastic microplate, where the cells stay up to 6 days. 7. Способ по п. 1, в котором размер сфероидов составляет 420-450 мкм.7. The method according to claim 1, in which the size of the spheroids is 420-450 microns.
RU2022101391A 2022-01-21 Method of biofabrication of a transplant in the form of cell spheroids for regenerative technologies for restoring a subject's cartilage based on the subject's own costal cartilage perichondrium and multipotent mesenchymal stromal bone marrow cells of the same subject RU2800991C9 (en)

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2022101391A RU2022101391A (en) 2023-07-21
RU2800991C2 true RU2800991C2 (en) 2023-08-01
RU2800991C9 RU2800991C9 (en) 2023-09-08

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731314C1 (en) * 2019-10-30 2020-09-01 Общество С Ограниченной Ответственностью "Международный Центр Медицинских Исследований И Разработок" (Ооо "Мц Миир") Method for production of spheroids for cartilage repair

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731314C1 (en) * 2019-10-30 2020-09-01 Общество С Ограниченной Ответственностью "Международный Центр Медицинских Исследований И Разработок" (Ооо "Мц Миир") Method for production of spheroids for cartilage repair

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
De Windt TS et al., Allogeneic MSCs and Recycled Autologous Chondrons Mixed in a One-Stage Cartilage Cell Transplantion: A First-in-Man Trial in 35 Patients, Stem Cells, 2017, 35 (8), pp. 1984-1993. CAPLAN AI., Mesenchymal Stem Cells: Time to Change the Name!, Stem Cells Transl Med., 2017, 6 (6), pp. 1445-1451. CESARZ Z. et al., Spheroid Culture of Mesenchymal Stem Cells, Stem Cells Int., 2016, 9176357. ZHANG S. et al., MSC exosomes mediate cartilage repair by enhancing proliferation, attenuating apoptosis and modulating immune reactivity, Biomaterials, 2018, vol. 156, pp. 16-27. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sterodimas et al. Tissue engineering with adipose-derived stem cells (ADSCs): current and future applications
US5197985A (en) Method for enhancing the implantation and differentiation of marrow-derived mesenchymal cells
JP3808900B2 (en) Biological material composed of a three-dimensional biocompatible and biodegradable matrix comprising an effective culture of bone marrow stem cells partially or fully differentiated into connective tissue cells and a hyaluronic acid derivative
US5226914A (en) Method for treating connective tissue disorders
Shen et al. Implications of adipose-derived stromal cells in a 3D culture system for osteogenic differentiation: an in vitro and in vivo investigation
US20080286241A1 (en) Transplantation of Differentiated Immature Adipocytes and Biodegradable Scaffold for Tissue Augmentation
Danišovič et al. Comparative analysis of mesenchymal stromal cells from different tissue sources in respect to articular cartilage tissue engineering
EP2977448B1 (en) Method for preparing chondrocytes
CA2386506C (en) Isolation of precursor cells and their use for tissue repair
WO2013099273A1 (en) Scaffold-free self-organizing three-dimensional artificial tissue and artificial bone composite for osteochondral regeneration
KR102479530B1 (en) Method of Preparing Pellets of Chondrocytes differentiated from human induced pluripotent stem cell and use of the same
KR20160036031A (en) Cellular therapeutic agents for cartilage regeneration
JP2017051160A (en) Cell-embedded beads, and method for producing the same
US9434923B2 (en) Preparation of parental cell bank from foetal tissue
KR102223043B1 (en) Mesenchymal stem cells derived from synovium and uses thereof
RU2800991C2 (en) Method of biofabrication of a transplant in the form of cell spheroids for regenerative technologies for restoring a subject&#39;s cartilage based on the subject&#39;s own costal cartilage perichondrium and multipotent mesenchymal stromal bone marrow cells of the same subject
RU2800991C9 (en) Method of biofabrication of a transplant in the form of cell spheroids for regenerative technologies for restoring a subject&#39;s cartilage based on the subject&#39;s own costal cartilage perichondrium and multipotent mesenchymal stromal bone marrow cells of the same subject
WO2011037416A2 (en) Method of manufacturing cell spheroids which are mixed cellular complexes for cell transplantation and usage thereof
JP6785516B2 (en) Differentiation induction technology using actin polymerization inhibitors for the production of osteoblasts from human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells
RU2818176C1 (en) Method for producing tissue-engineered periosteum from cell spheroids for repairing bone defects in patients
RU2819284C2 (en) Method of producing tissue-engineered periosteum from cell spheroids for repairing bone defects of subject
TWI622649B (en) Preparation of parental cell bank from foetal tissue
CA3079500A1 (en) Pluripotent stem cells inducing osteochondral repair
Lopes Bonelike®= Bonelike associated to stem cells for the regeneration of the bone tissue