The results of experimental and clinical application of extracellular microvesicles of mesenchymal stromal cells after caesarean section

• Evgenia O. Pekareva

Abstract

The aim - to assess the tolerance after introduction of extracellular microvesicles (EMV) of mesenchymal stromal cells of placental origin (MSC), first to experimental animals (rats of the WAG line) after creating them a model of cesarean section to improve a scar repair, and the next stage - to women, during the abdominal delivery to analyse their postoperative period.

Material and methods. The study included two groups of laboratory animals (144 rats - the main group and 189 - the control group), which were injected with extracellular microvesicles into the intact uterus and into the suture area after modeling the Caesarean section, and 2 groups of women after cesarean section: the main group consisted of 59 patients, who, during abdominal delivery were injected with 500 μl of EMV MSC after suturing the lower segment with a single-row continuous vicryl suture. The comparison group (control) included 60 patients with suturing of the uterus with a single-row continuous vicryl suture without the introduction of microvesicles.

Results. In the group with introduction of exosomes, no postoperative deaths were recorded, while in the control group died 9 rats. After the application of microvesicles, a 1.3 times greater number of animals gave birth - 62.5%, compared to 47.6% whithout exosomes. It indicated not only the absence of an adverse intraoperative effect of microvesicles, but also improved a great microcirculation in the surgical wound area. The results of the experimental study allowed the local ethics committee from the Novosibirsk State Clinical Perinatal Center to approve the application of extracellular microvesicles of mesenchymal stromal cells to pregnant women after signing an informed voluntary consent during the Caesarean section. All women of the main group had an uneventful postoperative period without complications. Their postoperative bed-day was 4.26±0.09, which is significantly less than in the control group, in which patients were discharged mainly after 5.33±0.38 (p<0.05). After exosome injection, all patients were included into the group of spontaneous childbirth after Cesarean section after 2-3 years. They did not have any purulent-septic complications, while in the control group without the introduction of EMV MSCs there were 4 endometritis (6%) and 2 lochiometers (3.3%).

Conclusion. The obtained successful experimental data made it possible to inject EMW ISS into patients and to demonstrate their good tolerance and higher efficiency with intraoperative use in compare to traditional surgical treatment. The first results of the clinical use of exosomes allow us to hope for an improvement in myometrial repair and predict spontaneous childbirth with a scar on the uterus after cesarean section.

Keywords:extracellular microvsicles, exosomes, caesarean section

REFERENCES

1. Mayborodin I.V., Yakimova N.V., Matveeva V.A., Pekarev O.G., May-borodina E.I., Pekareva E.O. Angiogenesis in the uterine rumen of rats after administration of autologous mesenchymal stem cells of bone marrow origin. Byulleten' eksperimental'noi biologii i meditsiny [Bulletin of Experimental Biology and Medicine]. 2010; 150 (12): 705-11. (in Russian)

2. Mayborodin I.V., Yakimova N.V., Matveeva V.A., Pekarev O.G., Mai-borodina E.I., Pekareva E.O., et al. Morpho-logical analysis of the results of the introduction of autologous stromal stem cells of bone marrow origin into the rat uterine scar. Morfologiya [Morphology]. 2010; 138 (6): 47-55. (in Russian)

3. Mayborodin I.V., Onoprienko N.V., Chastikin G.A. Morphological changes in the tissues of the uterus of rats and the possibility of spontaneous delivery as a result of the introduction of multipotent mesenchymal stromal cells against the background of a hydrometer. Byulleten' eksperimental'noi biologii i meditsiny [Bulletin of Experimental Biology and Medicine]. 2015; 159 (4): 511-6. (in Russian)

4. Rodrigues M., Yates C.C., Nuschke A., Griffith L., Wells A. The matri-kine tenascin-C protects multipotential stromal cells/mesenchymal stem cells from death cytokines such as Fasl. Tissue Eng Part A. 2013; 19 (17-18): 1972-83.

5. Mayborodin I.V., Matveeva V.A., Maslov R.V., Onoprienko N.V., Kuznetsova I.V., Chastikin G.A., et al. Some reactions of rat regional lymph nodes after implantation of multipotent stromal cells adsorbed on a polyhydroxy alkanoate into a bone defect. Morfologiya [Morphology]. 2016; 149 (2): 21-6. (in Russian)

6. Mayborodin I.V., Morozov V.V., Anikeev A.A., Figurenko N.F., Maslov R.V., Chastikin G.A., et al. Macrophage response in rats to the introduction of multipotent mesen-chymal stromal cells into the region of surgical injury. Novosti khirurgii [News of Surgery]. 2017; 25 (3): 233-41. (in Russian)

7. Yates C.C., Nuschke A., Rodrigues M., Whaley D., Dechant J.J., Taylor D.P., et al. Improved transplanted stem cell survival in a polymer gel supplemented with Tenascin C accelerates healing and reduces scarring of murine skin wounds. Cell Transplant. 2017; 26 (1): 103-13. DOI: https://doi.org/10.3727/096368916X692249

8. Takeda Y.S., Xu Q. Neuronal differentiation of human mesenchymal stem cells using exosomes derived from differentiating neuronal cells. PLoS One. 2015; 10 (8): e0135111. DOI: https://doi.org/10.1371journal.pone.0135111

9. Furuta T., Miyaki S., Ishitobi H., Ogura T., Kato Y., Kamei N., et al. Mesenchymal stem cell-derived exosomes promote fracture healing in a mouse model. Stem Cells Transl Med. 2016; 5 (12): 1620-30.

10. Narayanan R., Huang C.C., Ravindran S. Hijacking the cellular mail: exosome mediated differentiation of mesenchymal stem cells. Stem Cells Int. 2016; 2016: 3808674.

11. van der Pol E., Boing A.N., Harrison P., Sturk A., Nieuwland R. Classification, functions, and clinical relevance of extracellular vesicles. Pharmacol Rev. 2012; 64 (3): 676-705.

12. Akers J. C., Gonda D., Kim R., Carter B.S., Chen C.C. Biogenesis of extracellular vesicles (EV): exosomes, microvesicles, retrovirus-like vesicles, and apoptotic bodies. J Neurooncol. 2013; 113 (1): 1-11.

13. Fevrier B., Raposo G. Exosomes: endosomal-derived vesicles shipping extracellular messages. Curr Opin Cell Biol. 2004; 16 (4): 415-21.

14. Sukhikh G.T., Pekarev O.G., Mayborodin I.V., Silachev D.N., Shevtsova Yu.A., Goryunov K.V., et al. On the question of the preservation of extracellular microvesicles of mesenchymal stromal cells after abdominal delivery in the experiment. Kletochnye tekhnologii v biologii i meditsine [Cell Technologies in Biology and Medicine]. 2020; (1): 3-11. (in Russian)

15. Sukhikh G.T., Pekarev O.G., Maiborodin I.V., Silachev D.N., Shevtsova Y.A., Gоrуunоv K.V., et al. Preservation of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles after abdominal delivery in the experiment. Bull Exp Biol Med. 2020; 169 (1): 122-9. DOI: https://doi.org/10.1007/s10517-020-04838-1

Таблица 6. Показания для кесарева сечения (КС) в группах сравнения

У всех женщин кесарево сечение выполнялось в условиях эпидуральной анестезии с проведением интраоперационной антибактериальной профилактики.

Характеристики пациенток из групп сравнения, родоразрешенных путем кесарева сечения, практически не отличались ни по времени оперативного вмешательства, ни по общему объему интраоперационной кровопотери, ни по продолжительности I периода родов, если проводилось экстренное абдоминальное родоразрешение (табл. 7).

Таблица 7. Сравнительная характеристика показателей родоразрешения у беременных и рожениц в группах сравнения [M (SD)]

В ходе проведенного сравнительного исследования были выявлены достоверные отличия между родильницами 1-й и 2-й групп по продолжительности послеоперационного койко-дня: 4,26±0,09 в 1-й группе против 5,33±0,38 во 2-й (р=0,02). Подобная динамика прослеживалась и по числу лейкоцитов при выписке, их количество в группе с интраоперационным введением экзосом составило 11,18±0,48х10⁹/л и было достоверно меньше, чем в группе сравнения - 13,04±0,33х10⁹/л (р=0,02). У пациенток основной группы не было послеродовых воспалительных осложнений, тогда как у родильниц без введения экзосом было зафиксировано 4 (6,7%) эндометрита и 2 (3,3%) лохиометры.

Заключение

Таким образом, полученные нами данные указывают на хорошую переносимость и более высокую эффективность интраоперационного введения ЭМВ по сравнению с традиционным хирургическим лечением.

Первые результаты клинического применения экзосом открывают новые возможности и перспективы их использования. Они позволяют надеяться на достоверное улучшение репарации миометрия, что позволит прогнозировать в перспективе самопроизвольные роды у пациенток с рубцом на матке после кесарева сечения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Майбородин И.В., Якимова Н.В., Матвеева В.А., Пекарев О.Г., Майбородина Е.И., Пекарева Е.О. Ангиогенез в рубце матки крыс после введения аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костномозгового происхождения // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2010. Т. 150, № 12. С. 705-711.

2. Майбородин И.В., Якимова Н.В., Матвеева В.А., Пекарев О.Г., Майбородина Е.И., Пекарева Е.О. и др. Морфологический анализ результатов введения аутологичных стволовых стромальных клеток костномозгового происхождения в рубец матки крыс // Морфология. 2010. Т. 138, № 6. С. 47-55.

3. Майбородин И.В., Оноприенко Н.В., Частикин Г.А. Морфологические изменения тканей матки крыс и возможность самопроизвольных родов в результате введения мультипотентных мезенхимных стромальных клеток на фоне гидрометры // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015. Т. 159, № 4. С. 511-516.

4. Rodrigues M., Yates C.C., Nuschke A., Griffith L., Wells A. The matrikine tenascin-C protects multipotential stromal cells/mesenchymalstem cells from death cytokines such as Fasl // Tissue Eng. Part A. 2013. Vol. 19, N 17-18. P. 1972-1983.

5. Майбородин И.В., Матвеева В.А., Маслов Р.В., Оноприенко Н.В., Кузнецова И.В., Частикин Г.А. и др. Некоторые реакции регионарных лимфатических узлов крыс после имплантации в дефект костной ткани мультипотентных стромальных клеток, адсорбированных на полигидрок-сиалканоате // Морфология. 2016. Т. 149, № 2. С. 21-26.

6. Майбородин И.В., Морозов В.В., Аникеев А.А., Фигуренко Н.Ф., Маслов Р.В., Частикин Г.А. и др. Макрофагальный ответ у крыс на введение мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток в регион хирургической травмы // Новости хирургии. 2017. Т. 25, № 3. С. 233-241.

7. Yates C.C., Nuschke A., Rodrigues M., Whaley D., Dechant J.J., Taylor D.P. et al. Improved transplanted stem cell survival in a polymer gel supplemented with Tenascin C accelerates healing and reduces scarring of murine skin wounds // Cell Transplant. 2017. Vol. 26, N 1. P. 103-113. DOI: https://doi.org/10.3727/096368916X692249

8. Takeda Y.S., Xu Q. Neuronal differentiation of human mesenchymal stem cells using exosomes derived from differentiating neuronal cells // PLoS One. 2015. Vol. 10, N 8. Article ID e0135111. DOI: https://doi.org/10.1371journal.pone.0135111

9. Furuta T., Miyaki S., Ishitobi H., Ogura T., Kato Y., Kamei N. et al. Mesenchymal stem cell-derived exosomes promote fracture healing in a mouse model // Stem Cells Transl. Med. 2016. Vol. 5, N 12. P. 1620-1630.

10. Narayanan R., Huang C.C., Ravindran S. Hijacking the cellular mail: exosome mediated differentiation of mesenchymal stem cells // Stem Cells Int. 2016. Vol. 2016. Article ID 3808674.

11. van der Pol E., Boing A.N., Harrison P., Sturk A., Nieuwland R. Classification, functions, and clinical relevance of extracellular vesicles // Pharmacol. Rev. 2012. Vol. 64, N 3. P. 676-705.

12. Akers J. C., Gonda D., Kim R., Carter B.S., Chen C.C. Biogenesis of extracellular vesicles (EV): exosomes, microvesicles, retrovirus-like vesicles, and apoptotic bodies // J. Neurooncol. 2013. Vol. 113, N 1. P. 1-11.

13. Fevrier B., Raposo G. Exosomes: endosomal-derived vesicles shipping extracellular messages // Curr. Opin. Cell Biol. 2004. Vol. 16, N 4. P. 415-421.

14. Сухих Г.Т., Пекарев О.Г., Майбородин И.В., Силачев Д.Н., Шевцова Ю.А., Горюнов К.В. и др. К вопросу о сохранности экстрацеллюлярных микровезикул мезенхимных стромальных клеток после абдоминального родоразрешения в эксперименте // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2020. № 1. С. 3-11.

15. Sukhikh G.T., Pekarev O.G., Maiborodin I.V., Silachev D.N., Shevtsova Y.A., Gоrуunоv K.V. et al. Preservation of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles after abdominal delivery in the experiment // Bull. Exp. Biol. Med. 2020. Vol. 169, N 1. P. 122-129. DOI: https://doi.org/10.1007/s10517-020-04838-1

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)