Mesenchymal stem-like stromal cells from human subcutaneous fat and polyvinylpyrrolidone-based polymeric hydrogels: toxicity and adhesion

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Relevance. Mesenchymal stem-like stromal cells (MSCs) represent a promising material for the therapy of restoration or regeneration of bone and cartilage tissues in the treatment of patients with injuries and diseases of the musculoskeletal system. The use of hydrogels for cultivating MSCs will make it possible to protect them after being introduced into the body from to the potentially “hostile” environment of damaged or diseased tissues. To date, the properties of MSCs in their cultivation on matrices based on natural and synthetic materials have not been sufficiently studied.

The aim of this work is to evaluate the toxicity and adhesive properties of hydrogels based on polyvinylpyrrolidone (PVP), obtained by two technologies, for MSCs from human adipose tissue (AT) in vitro.

Material and methods. Four sterile PVP hydrogels were used in the experiment, differing in the technology of preparation, the presence or absence of antibiotics. Toxicity was assessed by the number of vital cells (stained with 0.1% trypan blue solution) after adding the MSC suspension to the gels after 24 h. The behavior of MSCs (AT) was studied in dynamics (on days 2 and 5 of cultivation) in terms of the rate and quality of the formed cell monolayer. Morphological analysis of cells, the state of chromatin in the nucleus, and the presence of cytoplasmic inclusions were performed in samples stained with Giemsa dye.

Results. As a result, it was found that human MSCs (AT) are able to attach to the surface of all 4 matrices, represented by a physicochemically modified artificial material based on PVP. Non-toxicity of all 4 hydrogels and their suitability for short-term cell culture were revealed. MSCs (AT) on PVP hydrogels with the addition of antibiotics showed slower growth, while morphological changes were observed in the form of vacuoles in the protoplasm and pycnosis in the chromatin of the cell nucleus.

Conclusion. Thus, the results obtained can be used for further research and improvement of methods for analyzing the cytotoxicity of the drugs under development.

About the authors

I. P. Savchenkova

Federal Research Center – All-Russian Research Institute experimental veterinary medicine K.I. Scriabin and Ya.R. Kovalenko RAS

Author for correspondence.
Email: s-ip@mail.ru

Dr.Sc. (Biol.), Professor, Chief Research Scientist

Russian Federation, Moscow

D. G. Korovina

Federal Research Center – All-Russian Research Institute experimental veterinary medicine K.I. Scriabin and Ya.R. Kovalenko RAS

Email: darya.korovina@gmail.com

Ph.D. (Biol.), Senior Research Scientist

Russian Federation, Moscow

E. V. Viktorova

Federal Research Center – All-Russian Research Institute experimental veterinary medicine K.I. Scriabin and Ya.R. Kovalenko RAS

Email: victorovaekaterina@gmail.com

Ph.D. (Biol.), Leading Research Scientist

Russian Federation, Moscow

A. S. Ogannisyan

National Medical Research Center of Surgery named after A.V. Vishnevsky of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: ospolimed@mail.ru

Research Scientist, Department of Dressing, Suture and Polymer Materials in Surgery

Russian Federation, Moscow

O. A. Legonkova

National Medical Research Center of Surgery named after A.V. Vishnevsky of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: OALegonkovaPB@mail.ru

Dr.Sc. (Tech.), Head of the Department of Dressing, Suture and Polymer Materials in Surgery

Russian Federation, Moscow

References

  1. Tepljashin A.S., Korzhikova S.V., Sharifullina S.Z. i dr. Harakteristika mezenhimal'nyh stvolovyh kletok cheloveka, vydelennyh iz kostnogo mozga i zhirovoj tkani. Citologija. 2005; 47(2): 130–135.
  2. Arthur A., Gronthos S. Clinical application of bone marrow mesenchymal stem/stromal cells to repair skeletal tissue. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(24): 9759. doi: 10.3390/ijms21249759.
  3. Harrell C.R., Markovic B.S., Fellabaum C., Arsenijevic A., Volarevic V. Mesenchymal stem cell-based therapy of osteo-arthritis: Current knowledge and future perspectives. Biomed Pharmacother. 2019; 109: 2318–2326. doi: 10.1016/j.biop-ha.2018.11.099.
  4. Tibbit M.W., Anseth R.S. Hydrogels as extracellular matrix mimics for 3D cell culture. Biotechnology and Bioengineering. 2009; 103: 655–663.
  5. Oyen M.L. Mechanical characterization of hydrogel materials. International Materials Reviews. 2013; 59: 44–59.
  6. Sevast'janov V.I. Biomaterialy, sistemy dostavki lekarstvennyh sredstv i bioinzhenerija. Vestnik transpnlantologii i iskusstvennyh organov. 2009; XI (3): 14–24.
  7. Volkova I.M., Korovina D.G. Trehmernye matriksy prirodnogo i sinteticheskogo proishozhdenija dlja kletochnoj biotehnologii. Biotehnologija. 2015; 31(2): 8–26.
  8. Benamer S., Mahlous M., Boukrif A. et al. Synthesis and characterisation of hydrogels based on poly(vinyl pyrrolidone). Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. 2006; 248: 284–290.
  9. Caliary S.R., Burdic J.A. A practical guide on hydrogels for cell culture. Nat Methods. 2016; 13(5): 405–414.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure

Download (955KB)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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