In vitro and in vivo реакция остеогенных клеток на высокотемпературное воздействие

Abstract

Цель исследования: оценить реакцию мезенхимных стромальных/стволовых клеток (МСК) in vitro и состояние костных клеток (остеобластов, остеоцитов) в процессе восстановления бедренной кости после локальной термоабляции в диапазоне 55-60 °C. Материалы и методы. Морфологию и жизнеспособность (МТТ-тест) культуры МСК, выделенной из жировой ткани человека, изучали при культивировании в термостатах при 37 °C или 56 °C в диапазоне 0-60 мин. На бедренную кость наркотизированных кроликов накладывали нагревательную манжету и проводили интраоперационную термоабляцию в течение 30 мин (температура в костно-мозговом канале 55-60°C). Состояние костной ткани анализировали гистологически (окраска гематоксилином и эозином и по Эйнарсону) сразу и через 14 сут после воздействия. Проводили компьютерную морфометрию с использованием ImageJ и статистический анализ в R. Результаты. Морфологические признаки массовой гибели МСК в культуре in vitro наблюдались через 15 мин нагревания; через 30 мин живые фибробластоподобные клетки практически отсутствовали. Прижизненная локальная термоабляция бедренной кости кроликов вызывала прямую гибель остеобластов и остеоцитов, зафиксированную по морфологическим признакам апоптоза и некроза, а также нарушению синтеза ДНК и РНК. Морфологические и молекулярные маркеры клеточного повреждения статистически значимо увеличивались к 14-м сут после нагревания. Заключение. Умеренные режимы термоабляции (55-60 °C) обладают значительным прямым и отсроченным повреждающим эффектом на остеогенные клетки от стволовых до зрелых форм. Полученные результаты важны для практики комбинированного лечения опухолевых и метастатических поражений костной ткани.Aim. To evaluate the response of mesenchymal stromal/stem cells (MSCs) in vitro and the status of bone cells (osteoblasts, osteocytes) during regeneration of the femoral bone after local thermoablation at 55-60 °C. Materials and methods. Morphology and viability (MTT assay) of human adipose tissue-derived MSCs were analyzed after incubation at 37 °C or 56 °C for 0-60 minutes. In vivo, a heating cuff was applied to the femur of anesthetized rabbits, and intraoperative thermoablation was performed for 30 minutes (bone marrow canal temperature: 55-60 °C). Bone tissue was histologically examined (hematoxylin - eosin and Einarson staining) immediately and 14 days post-treatment. Quantitative morphometry was implemented in ImageJ, with subsequent statistical analysis performed in R. Results. In vitro, signs of massive MSC death were observed after 15 minutes of heating; at 30 minutes, viable fibroblast-like cells were nearly absent. In vivo, local thermoablation caused direct death of osteoblasts and osteocytes, evidenced by morphological signs of apoptosis and necrosis, as well as impaired DNA/RNA synthesis. Morphological and molecular markers of cellular damage significantly increased by day 14 post-treatment. Conclusion. Moderate thermoablation (55-60 °C) exerts significant direct and delayed damaging effects on osteogenic cells, from stem to mature forms. These findings are relevant for combined treatment of tumor and metastatic bone lesions.