Разработка функциональной модели эндометриальной ткани человека in vitro для фундаментальных и прикладных исследований в области регенеративной биомедицины

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-74-10126

НазваниеРазработка функциональной модели эндометриальной ткани человека in vitro для фундаментальных и прикладных исследований в области регенеративной биомедицины

Руководитель Домнина Алиса Павловна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-205 - Клеточная биология, цитология, гистология

Ключевые слова эндометриальные мезенхимные стволовые/стромальные клетки, 3D культивирование клеток, клеточные сфероиды, целлюлозные скаффолды, эндометрий, эндометриоз

Код ГРНТИ34.19.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Коррекция патологических состояний женской репродуктивной системы и борьба с бесплодием являются важными социально-экономическими приоритетами. Одной из частых причин нарушения репродуктивной функции у женщин считаются заболевания эндометрия – внутренней слизистой оболочки матки, обеспечивающей наступление и развитие беременности. К сожалению, для многих заболеваний эндометрия до сих пор не разработаны схемы эффективного лечения, поскольку патогенез эндометриальных дисфункций часто недостаточно изучен, а коррекция заболеваний, как правило, требует персонифицированного подхода. Существующие модели эндометрия и его заболеваний in vitro не в полной степени отражают сложную структуру и функционал эндометрия человека. В основном, культивируемые модели эндометрия представляют из себя моно-культуры отдельных типов эндометриальных клеток в виде клеточного монослоя или органоидов, а культивирование полноструктурной нативной ткани эндометрия обеспечивает возможности только для краткосрочных и несистематических исследований. Данный проект направлен на разработку и комплексное исследование функциональной полноструктурной ткане-инженерной 3D конструкции ткани эндометрия человека, пригодной для фундаментальных и прикладных исследований в области репродуктивной биомедицины. Для решения поставленной задачи предлагается создать стромальную основу конструкции, заселив объемные целлюлозные скаффолды сфероидными культурами мезенхимных стволовых/стромальных клеток человека, а затем получить двухкомпонентные и трехкомпонентные клеточные структуры, используя прием ко-культивирования стромальных клеток с клетками эндотелиальной и эпителиальной природы. Полученные конструкции будут полностью охарактеризованы – планируется оценить жизнеспособность, пролиферативную активность, про-ангиогенную активность и восприимчивость к гормональной стимуляции клеток в составе конструкций. Помимо этого, будут проанализированы функциональные свойства модели – планируется смоделировать 28-дневный менструальный цикл последовательным добавлением в культуральную среду женских гормонов и исследовать способность клеточного компонента конструкции к децидуальной дифференцировке, которая протекает на протяжении секреторной фазы каждого менструального цикла женщины репродуктивного возраста и обеспечивает имплантацию эмбриона в случае зачатия. Кроме создания функциональной модели эндометриальной ткани в культуре, будут проведены эксперименты по оценке ее пригодности для фундаментальных и прикладных исследований патологий эндометрия in vitro и in vivo. Будут созданы ткане-инженерные конструкции с использованием клеточного материала, полученного от пациентов с эндометриозом. Эти конструкции будут использованы как инструмент для моделирования эктопических очагов эндометриоза на животных моделях для изучения патогенеза заболевания, а также как клеточная тест-система для скрининга фармакологических препаратов, предназначенных для коррекции эндометриоза. Появление такой модели позволит не только получить новые знания о функционировании клеток эндометрия в норме и при патологии, но и станет предпосылкой для разработки персонализированного подхода для терапии гинекологических заболеваний.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ирина Кожухарова, Наталия Минкевич, Лариса Алексеенко, Алиса Домнина, Ольга Люблинская Paracrine and Autocrine Effects of VEGF Are Enhanced in Human eMSC Spheroids International Journal of Molecular Sciences, Том 23 выпуск 22 номер публикации14324 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms232214324

2. И. К. Кунеев, Ю. С. Иванова, Ю. А. Нащекина, Е. К. Патронова, А. В. Соколова, А. П. Домнина Разработка метода трехмерного культивирования мезенхимных стволовых (стромальных) клеток человека с использованием матрицы из целлюлозы Цитология (год публикации - 2023)

3. Алла Н. Шатрова, Алиса П. Домнина, Наталия А. Пуговкина, Лариса Л. Алексеенко и Ирина И. Марахова Mesenchymal Stem/Stromal Cells in Three-Dimensional Cell Culture: Ion Homeostasis and Ouabain-Induced Apoptosis Biomedicines, номер 11 том 2, номер публикации 301 (год публикации - 2023)
10.3390/biomedicines11020301

4. А.В. Соколова, А.П. Домнина, В.М. Михайлов Accumulation of Dystrophin-Positive Muscle Fibers and Improvement of Neuromuscular Junctions in mdx Mouse Muscles after Bone Marrow Transplantation under Different Conditions International Journal of Molecular Sciences, Int J Mol Sci., 24(10):8892. doi: 10.3390/ijms24108892. (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24108892

5. Марахова И.И., Юринская В.Е., Домнина А.П. The Role of Intracellular Potassium in Cell Quiescence, Proliferation, and Death International Journal of Molecular Sciences, номер 25 том 2 номер статьи 884 (год публикации - 2024)
10.3390/ijms25020884

6. Гринчук Т.М., Шорохова М.А. Кариотипические вариации стволовых клеток in vitro ЦИТОЛОГИЯ (год публикации - 2025)

7. Кожухарова И. В., Кунеев И. К., Шорохова М. А., Харченко М. В., Корнилова Е. С., Домнина А. П. Выделение и культивирование клеток эпителия эндометрия человека Регенерация органов и тканей (год публикации - 2025)

Публикации

6. Гринчук Т.М., Шорохова М.А. Кариотипические вариации стволовых клеток in vitro ЦИТОЛОГИЯ (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Выполняемый проект направлен на разработку и комплексное исследование персонифицированной функциональной многокомпонентной in vitro модели эндометрия человека. В результате выполнения работ первого (2022 – 2023 гг.) и второго (2023 – 2024 гг.) этапов реализации проекта был создан стромальный компонент тканеинженерной конструкции эндометрия человека на основе сфероидов из мезенхимных стромальных клеток эндометрия человека (эМСК) и децеллюляризированного целлюлозного каркаса, покрытого коллагеном типа I, показана его функциональность по способности к направленной децидуальной дифференцировке, доказана возможность его формирования с использованием сред, не содержащих компоненты животного происхождения, данный стромальный компонент дополнен сосудистыми и эпителиальными элементами, проанализированы свойства данной многокомпонентной конструкции, создана тканеинженерная конструкция с использование эМСК от доноров с патологией эндометрия пригодная для использования в качестве тест-систем для скрининга фармакологических препаратов. Учитывая эти результаты, в рамках выполнения работ по проекту в период с 1 июля 2024 года по 30 июня 2025 года было проведено сравнение разработанной тканеиненерной конструкции с нативным эндометрием по экспрессии характерных генов. Были получены клеточные культуры эМСК от здоровых доноров, на основе данных культур сформированы тканеинженернерные конструкции эндометрия, что подтверждает возможность применения данной конструкции в качестве платформы для разработки подходов для перехода к персонализированной медицине. Полученные клеточные культуры эМСК, сформированные из них персонифицированные тканеинженерные конструкции были сравнены с нативным эндометрием тех же доноров по экспрессии генов, важных для функционирования эндометрия, таких как пролактин (PRL), IGFBP1, VEGF, VEGFR2, рецепторов к эстрогену (ESR1) и прогестерону (PGR), рецепторов семейства ErbB - HER1 и HER2, двух их альтернативных лигандов - амфирегулина (AREG) и HBEGF, а так же TNFAIP6 и HGF. Выявлено увеличение экспрессии многих генов при переходе к 3D культивированию, по сравнение с монослойным культивированием эМСК. В разработанной тканеинженерной конструкции эндометрия человека in vitro выявлен сопоставимый уровень экспрессии многих генов с экспрессией таковых в нативном эндометрии человека. Полученные данные свидетельствую о высокой степени релевантности разработанной модели эндометрия человека, по сравнению с другими подобным моделями. Поскольку разработанная тканеинженерная конструкция рассматривается как клеточный продукт для коррекции патологий женской репродуктивной системы, а также инструмент для моделирования заболеваний, препятствующих фертильности (например, эндометриоза), была определена ее применимость для проведения исследований in vivo. Для этого был отработан метод трансплантации тканеинженерных конструкции мышам и апробирован метод эксплантации конструкции через 3 и 7 сут. Для трансплантации использовали так же и многокомпонентные конструкции, содержащие как стромальный, так и сосудистый компонент. Было определено, что после трансплантации у животных не наблюдается побочных эффектов. Так же обнаружено сохранение архитектуры тканеинженерной конструкции и жизнеспособности клеток в ее составе, что свидетельствует о пригодности разработанной конструкции для эффективного использования в качестве модели стромального компонента эндометрия человека в краткосрочных экспериментах in vivo. Таким образом в текущем отчетном периоде все заявленные работы были выполнены полностью и ожидаемые результаты были получены. Была подтверждена релевантность и пациент-специфичность разработанной тканеинженерной конструкции эндометрия человека, а так же ее пригодность для использования в качестве модели эндометрия человека для исследований in vivo.

Публикации

6. Гринчук Т.М., Шорохова М.А. Кариотипические вариации стволовых клеток in vitro ЦИТОЛОГИЯ (год публикации - 2025)

Возможность практического использования результатов
Проблема сохранения и восстановления репродуктивного здоровья женщин имеет особое значение на современном этапе социального и экономического развития общества в России. Нарушение функций эндометрия является частой причиной бесплодия и неудач в циклах экстракорпорального оплодотворения. Однако уникальность строения и функционирования женской репродуктивной системы человека осложняет подбор релевантных in vivo моделей для исследования патогенеза заболеваний и поиска терапевтических подходов для их лечения. Таким образом, актуальной задачей является разработка функциональной трехмерной модели эндометрия человека in vitro, наиболее близкой к естественному строению ткани. В результате выполнения данного проекта с помощью разных методов 3D культивирования клеток была разработана многокомпонентная ткане-инженерная конструкция, имитирующая эндометрий человека, содержащая в своем составе большинство клеточных типов исходной ткани, доказана ее длительная стабильность в условиях in vitro, показана ее функциональность по способности к децидуальной дифференцировке и способности к циклическим изменениям в течение смоделированного менструального цикла, подтверждена ее релевантность нативному эндометрию человека по экспрессии ключевых для эндометрия генов, определена ее пригодность для проведения персонализированных исследований, моделирования заболеваний эндометрия, в качестве тест-системы для исследования фармакологических препаратов, а так же продемонстирована принципиальная возможность ее использования для исследований in vivo. Данная ткане-инженерная конструкция может рассматриваться как клеточный продукт для коррекции патологий женской репродуктивной системы, инструмент для моделирования заболеваний, препятствующих фертильности (например, эндометриоза), и как клеточная тест-система для скрининга фармакологических препаратов, направленных на борьбу с бесплодием. Данная модель дает возможность получить новые знания о функционировании клеток эндометрия в норме и при патологии и является предпосылкой для разработки персонализированного подхода для терапии гинекологических заболеваний, что позволит избежать негативных последствий необоснованного лечения, сократить экономические затраты на последующую коррекцию возможных осложнений и улучшит качество жизни пациентов.