Актуальною проблемою сучасної ветеринарної травматології, котра потребує вивчення, є пошук способів та засобів стимулювання репаративного остеогенезу і одним із перспективних підходів у цьому напрямі вважається застосування стовбурових клітин. Метою досліджень було вивчити мікроскопічні зміни в експериментально ушкодженій кістковій тканині кролів за впливу на репаративний остеогенез внутрішньовенно введених алогенних мезенхімальних стовбурових клітин. Мезенхімальні стовбурові клітини отримано з кісткового мозку кролів і культивовано у живильному середовищі згідно зі стандартними протоколами. Моделювання ушкодження виконували хірургічним свердлом діаметром 2,5 мм на медіальній поверхні середньої третини діафіза великогомілкової кістки. Через добу тваринам дослідної групи одноразово внутрішньовенно (у яремну вену) вводили 3,5×106 стовбурових клітин. Відновлення дефекту у тварин контрольної групи відбувалось природним способом. Гістологічні дослідження проводили на 3, 7, 14, 21, 28 та 42 добу експерименту. Зразки забарвлювали гематоксиліном-еозином та вивчали під мікроскопом. Внутрішньовенне застосування тваринам алогенних мезенхімальних стовбурових клітин стимулювало регенеративні процеси та прискорювало етапи репаративного остеогенезу в місці пошкодження. Встановлено, що у дослідної групи вже на 3 добу в зоні ушкодження були відсутні згустки крові і уламки кісткової тканини та зафіксовано розростання волокнистої сполучної тканини й інтенсивний остеогенез. Формування кісткового мозоля та консолідація кісткової тканини проходили швидше аніж у контрольній групі. До 21 доби кістковий мозок набував вже нормальної будови, тоді як у контрольній групі аналогічний результат спостерігали лише на 28 добу. Практично повне відновлення дефекту за введення стовбурових клітин спостерігалося на 28 добу, а у контрольної групи аналогічний результат досягався лише на 42 добу. Результати дослідження можуть бути використані для стимулювання репаративного остеогенезу та подальшого вивчення процесів впливу стовбурових клітин на відновлення ушкоджених тканин
репаративний остеогенез; кісткова тканина; кісткова мозоль; кістковий мозок; алогенні мезенхімальні стовбурові клітини
[1] Alford, A.I., Nicolaou, D., Hake, M., & McBride-Gagyi, S. (2021). Masquelet’s induced membrane technique: Review of current concepts and future directions. Journal of Orthopaedic Research, 39(4), 707-718. doi: 10.1002/jor.24978.
[2] Avnet, S., et al. (2021). The release of inflammatory mediators from acid-stimulated mesenchymal stromal cells favours tumour invasiveness and metastasis in osteosarcoma. Cancers, 13(22), article number 5855. doi: 10.3390/cancers13225855.
[3] Benavides-Castellanos, M.P., Garzón-Orjuela, N., & Linero, I. (2020). Effectiveness of mesenchymal stem cell-conditioned medium in bone regeneration in animal and human models: a systematic review and meta-analysis. Cell Regeneration, 9(1), article number 5. doi: 10.1186/s13619-020-00047-3.
[4] Bokotko, R.R., Savchuk, T.L., Shupyk, O.V., Danilov, V.B., Kladnytska, L.V., Pasnichenko, O.S., Blahyi, R.S., & Krystyniak, Y.M. (2021). Histological changes in experimental uveitis in rabbits with stem cell injections. Scientific and Technical Bulletin оf State Scientific Research Control Institute of Veterinary Medical Products and Fodder Additives аnd Institute of Animal Biology, 22(1), 52-60. doi: 10.36359/scivp.2021-22-1.04.
[5] Bruder, S.P., Kurth, A.A., Shea, M., Hayes, W.C., Jaiswal, N., & Kadiyala, S. (1998). Bone regeneration by implantation of purified, culture-expanded human mesenchymal stem cells. Journal of Orthopaedic Research, 16(2), 155-162. doi: 10.1002/jor.1100160202.
[6] Calixto, R.D., Freitas, G.P., Souza, P.G., Ramos, J.I.R., Santos, I.C., de Oliveira, F.S., Almeida, A.L.G., Rosa, A.L., & Beloti, M.M. (2023). Effect of the secretome of mesenchymal stem cells overexpressing BMP-9 on osteoblast differentiation and bone repair. Journal of Cellular Physiology, 238(11), 2625-2637. doi: 10.1002/jcp.31115.
[7] Dimarino, A.M., Caplan, A.I., & Bonfield, T.L. (2013). Mesenchymal stem cells in tissue repair. Frontiers in Immunology, 4, article number 201. doi: 10.3389/fimmu.2013.00201.
[8] Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council “On the Protection of Animals Used for Scientific Purposes” (2010, September). Retrieved from https://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2010:276:0033:0079:en:PDF.
[9] Duangchan, T., Tawonsawatruk, T., Angsanuntsukh, C., Trachoo, O., Hongeng, S., Kitiyanant, N., & Supokawej, A. (2021). Amelioration of osteogenesis in iPSC-derived mesenchymal stem cells from osteogenesis imperfecta patients by endoplasmic reticulum stress inhibitor. Life Sciences, 278, article number 119628. doi: 10.1016/j.lfs.2021.119628.
[10] Elahi, F.M., Farwell, D.G., Nolta, J.A., & Anderson, J.D. (2020). Preclinical translation of exosomes derived from mesenchymal stem/stromal cells. Stem Cells, 38(1), 15-21. doi: 10.1002/stem.3061.
[11] ElHawary, H., Baradaran, A., Abi-Rafeh, J., Vorstenbosch, J., Xu, L., & Efanov, J.I. (2021). Bone healing and inflammation: Principles of fracture and repair. Seminars in Plastic Surgery, 35(3), 198-203. doi: 10.1055/s-0041-1732334.
[12] Guo, Y., et al. (2024). HtrA3 paves the way for MSC migration and promotes osteogenesis. Bioactive Materials, 38, 399-410. doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.05.016.
[13] Harrell, C.R., Djonov, V., & Volarevic, V. (2021). The cross-talk between mesenchymal stem cells and immune cells in tissue repair and regeneration. International Journal of Molecular Sciences, 22(5), article number 2472. doi: 10.3390/ijms22052472.
[14] He, Y., Li, F., Jiang, P., Cai, F., Lin, Q., Zhou, M., Liu, H., & Yan, F. (2022). Remote control of the recruitment and capture of endogenous stem cells by ultrasound for in situ repair of bone defects. Bioactive Materials, 21, 223-238. doi: 10.1016/j.bioactmat.2022.08.012.
[15] Impieri, L., Pezzi, A., Hadad, H., Peretti, G.M., Mangiavini, L., & Rossi, N. (2024). Orthobiologics in delayed union and non-union of adult long bones fractures: A systematic review. Bone Reports, 21, article number 101760. doi: 10.1016/j.bonr.2024.101760.
[16] Jayankura, M., Schulz, A.P., Delahaut, O., Witvrouw, R., Seefried, L., Berg, B.V., Heynen, G., & Sonnet, W. (2021). Percutaneous administration of allogeneic bone-forming cells for the treatment of delayed unions of fractures: A pilot study. Stem Cell Research & Therapy, 12(1), article number 363. doi: 10.1186/s13287-021-02432-4.
[17] Katagiri, W., Takeuchi, R., Saito, N., Suda, D., & Kobayashi, T. (2022). Migration and phenotype switching of macrophages at early-phase of bone-formation by secretomes from bone marrow derived mesenchymal stem cells using rat calvaria bone defect model. Journal of Dental Sciences, 17(1), 421-429. doi: 10.1016/j.jds.2021.08.012.
[18] Kon, E., et al. (2000). Autologous bone marrow stromal cells loaded onto porous hydroxyapatite ceramic accelerate bone repair in critical-size defects of sheep long bones. Journal of Biomedical Materials Research, 49(3), 328-337. doi: 10.1002/(sici)1097-4636(20000305)49:3<328::aid-jbm5>3.0.co;2-q.
[19] Kutsevlyak, V., & Lyubchenko, O. (2024). Peculiarities of reparative osteogenesis of mandibular perforation defects using adipose tissue stem cells on collagenous scaffold in experimental animals. Kharkiv Dental Journal, 1(1), 13-19. doi: 10.26565/3083-5607-2024-1-02.
[20] Law of Ukraine No. 3447-IV “On the Protection of Animals from Cruelty”. (2006, February). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/3447-15#Text.
[21] Li, F., et al. (2022). Engineering stem cells to produce exosomes with enhanced bone regeneration effects: An alternative strategy for gene therapy. Journal of Nanobiotechnology, 20(1), article number 135. doi: 10.1186/s12951-022-01347-3.
[22] Luby, A.O., Ranganathan, K., Lynn, J.V., Nelson, N.S., Donneys, A., & Buchman, S.R. (2019). Stem cells for bone regeneration: Current state and future directions. The Journal of Craniofacial Surgery, 30(3), 730-735. doi: 10.1097/SCS.0000000000005250.
[23] Murayama, M., Chow, S.K., Lee, M.L., Young, B., Ergul, Y.S., Shinohara, I., Susuki, Y., Toya, M., Gao, Q., & Goodman, S.B. (2024). The interactions of macrophages, lymphocytes, and mesenchymal stem cells during bone regeneration. Bone & Joint Research, 13(9), 462-473. doi: 10.1302/2046-3758.139.BJR-2024-0122.R1.
[24] Otsuka, R., Wada, H., Murata, T., & Seino, K.I. (2020). Immune reaction and regulation in transplantation based on pluripotent stem cell technology. Inflammation and Regeneration, 40, article number 12. doi: 10.1186/s41232-020-00125-8.
[25] Pan, W., Li, S., Li, K., & Zhou, P. (2024). Mesenchymal stem cells and extracellular vesicles: Therapeutic potential in organ transplantation. Stem Cells International, 2024, article number 2043550. doi: 10.1155/2024/2043550.
[26] Poliwoda, S., et al. (2022). Stem cells: A comprehensive review of origins and emerging clinical roles in medical practice. Orthopedic Reviews, 14(3), article number 37498. doi: 10.52965/001c.37498.
[27] Ren, Y., Zhang, S., Wang, Y., Jacobson, D.S., Reisdorf, R.L., Kuroiwa, T., Behfar, A., Moran, S.L., Steinmann, S.P., & Zhao, C. (2021). Effects of purified exosome product on rotator cuff tendon-bone healing in vitro and in vivo. Biomaterials, 276, article number 121019. doi: 10.1016/j.biomaterials.2021.121019.
[28] Riester, O., Borgolte, M., Csuk, R., & Deigner, H.P. (2020). Challenges in bone tissue regeneration: Stem cell therapy, biofunctionality and antimicrobial properties of novel materials and its evolution. International Journal of Molecular Sciences, 22(1), article number 192. doi: 10.3390/ijms22010192.
[29] Savchuk, T.L., et al. (2025). Histological changes in the experimentally damaged bone tissue of rabbits following injection of stem cells. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 16(2), article number e25091. doi:10.15421/0225091.
[30] Shen, F., & Shi, Y. (2022). Recent advances in single-cell view of mesenchymal stem cell in osteogenesis. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 9, article number 809918. doi: 10.3389/fcell.2021.809918.
[31] Theodosaki, A.M., Tzemi, M., Galanis, N., Bakopoulou, A., Kotsiomiti, E., Aggelidou, E., & Kritis, A. (2024). Bone regeneration with mesenchymal stem cells in scaffolds: Systematic review of human clinical trials. Stem Cell Reviews and Reports, 20(4), 938-966. doi: 10.1007/s12015-024-10696-5.
[32] Uğurbaş, M., Kaťuchová, J., Petrášová, D., Špaková, T., & Radoňak, J. (2021). Stimulation of the Liver Regeneration with Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells. Scientific Horizons, 24(5), 9-18. doi: 10.48077/scihor.24(5).2021.9-18.
[33] Ullah, M., Liu, D.D., & Thakor, A.S. (2019). Mesenchymal stromal cell homing: Mechanisms and strategies for improvement. iScience, 15, 421-438. doi: 10.1016/j.isci.2019.05.004.
[34] Venkataiah, V.S., Yahata, Y., Kitagawa, A., Inagaki, M., Kakiuchi, Y., Nakano, M., Suzuki, S., Handa, K., & Saito, M. (2021). Clinical applications of cell-scaffold constructs for bone regeneration therapy. Cells, 10(10), article number 2687. doi: 10.3390/cells10102687.
[35] Wittig, O., Romano, E., González, C., Diaz-Solano, D., Marquez, M.E., Tovar, P., Aoun, R., & Cardier, J.E. (2016). A method of treatment for nonunion after fractures using mesenchymal stromal cells loaded on collagen microspheres and incorporated into platelet-rich plasma clots. International Orthopaedics, 40(5), 1033-1038. doi: 10.1007/s00264-016-3130-6.
[36] Zhang, Y., Fan, M., & Zhang, Y. (2024). Revolutionizing bone defect healing: The power of mesenchymal stem cells as seeds. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 12, article number 1421674. doi: 10.3389/fbioe.2024.1421674.
[37] Zou, J., et al. (2023). Therapeutic potential and mechanisms of mesenchymal stem cell-derived exosomes as bioactive materials in tendon-bone healing. Journal of Nanobiotechnology, 21(1), article number 14. doi: 10.1186/s12951-023-01778-6.