Небелковая фракция секретома эмбриональных стволовых клеток обладает антибактериальным эффектом, в том числе против антибиотикорезистентных штаммов бактерий

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В последние годы чрезвычайно актуален поиск новых возможных антибактериальных препаратов, а проблема антибиотикорезистентности и токсичность химиопрепаратов заставляет ученых обращать внимание на альтернативные противомикробные средства. Изучение применения секретома стволовых клеток, в том числе его небелковой части, является перспективной областью современной науки. В нашем исследовании было изучено влияние небелковой части секретома эмбриональных стволовых клеток на различные штаммы микроорганизмов, в том числе антибиотикорезистентные. Небелковую часть секретома стволовых клеток получали при помощи препаративной высокоэффективной жидкостной хроматографии. Тестирование бактерицидной активности производилось в отношении 8 музейных штаммов бактерий и 206 клинических штаммов микроорганизмов методом сравнения влияния секретома на рост бактериальных культур. При первичном анализе было выявлено, что на музейных штаммах в концентрации 25–100 мкг/мл исследуемый секретом имеет некоторый дозозависимый эффект. При оценке бактерицидной активности в концентрации 100 мкг/мл в отношении клинических штаммов грамотрицательных микроорганизмов разной видовой принадлежности было показана различная чувствительность штаммов к секретому, причем у некоторых штаммов обнаружена стимуляция роста. Применение более высоких концентраций 100–1000 мкг/мл не выявило дозозависимого эффекта. При этом на клинических штаммах E. coli и P. aeruginosa было показано снижение бактерицидной активности через сутки инкубации. Таким образом, проведенное исследование показало, что небелковая фракция секретома эмбриональных стволовых клеток также обладает бактерицидным эффектом. Однако требуются более детальные исследования для выявления механизма действия и определения наиболее эффективной дозы и частоты применения.

Об авторах

Денис Григорьевич Кайгородов

ООО НИИ Биотехнологии «Митокей»

Email: kaigorodov_denis@rambler.ru

директор

Россия, 625000, Тюмень, ул. Республики, 142, офис 314, 315

Алиса Денисовна Кайгородова

ФГБОУ ВО Тюменский государственный медицинский университет Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: kaigorodovaalisa@mail.ru

студентка

Россия, 625000, Тюмень, ул. Республики, 142, офис 314, 315

Список литературы

  1. Andersson D.I., Balaban N.Q., Baquero F., Courvalin P., Glaser P., Gophna U., Kishony R., Molin S., Tønjum T. Antibiotic resistance: turning evolutionary principles into clinical reality. FEMS Microbiol Rev., 2020, vol. 44, no. 2, pp. 171–188. doi: 10.1093/femsre/fuaa001
  2. Arango J.C., Puerta-Arias J.D., Pino-Tamayo P.A., Arboleda-Toro D., González Á. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells transplantation alters the course of experimental paracoccidioidomycosis by exacerbating the chronic pulmonary inflammatory response. Med. Mycol., 2018, vol. 56, no. 7, pp. 884–895. doi: 10.1093/mmy/myx128
  3. Bahroudi M., Bakhshi B., Soudi S., Najar-Peerayeh S. Antibacterial and antibiofilm activity of bone marrow-derived human mesenchymal stem cells secretome against Vibrio cholerae. Microb. Pathog., 2020, vol. 139: 103867. doi: 10.1016/j.micpath.2019.103867
  4. Bari E., Ferrarotti I., Saracino L., Perteghella S., Torre M.L., Corsico A.G. Mesenchymal stromal cell secretome for severe COVID-19 infections: premises for therapeutic use. Cells, 2020, vol. 9, no. 4: 924. doi: 10.3390/cells9040924
  5. Bukharin O.V., Brudastov Yu.A., Gritsenko V.A., Deriabin D.G. The role of bacterial ability to inactivate factors of natural anti-infective resistance in their resistance to bactericidal action (blood serum). Bull. Exp. Biol. Med., 1996, vol. 121, no. 2, pp. 174–176.
  6. Eleuteri S., Fierabracci A. Insights into the secretome of mesenchymal stem cells and its potential applications. Int. J. Mol. Sci., 2019, vol. 20, no. 18: 4597. doi: 10.3390/ijms20184597
  7. Fernandes-Cunha G.M., Na K.S., Putra I., Lee H.J., Hull S., Cheng Y.C., Blanco I.J., Eslani M., Djalilian A.R., Myung D. Corneal wound healing effects of mesenchymal stem cell secretome delivered within a viscoelastic gel carrier. Stem Cells Transl. Med., 2019, vol. 8, no. 5, pp. 478–489. doi: 10.1002/sctm.18-0178
  8. Gilany K., Masroor M.J., Minai-Tehrani A., Gilany K., Masroor M.J., Minai-Tehrani A., Mani-Varnosfaderani A., Arjmand B. Metabolic profiling of the mesenchymal stem cells’ secretome. In: Arjmand B. (eds) Genomics, proteomics, and metabolomics. stem cell biology and regenerative medicine. Humana, Cham., 2019, pp. 67–81. doi: 10.1007/978-3-030-27727-7_3
  9. Gonzalez-Rey E., Anderson P., González M.A., Rico L., Büscher D., Delgado M. Human adult stem cells derived from adipose tissue protect against experimental colitis and sepsis. Gut, 2009, vol. 58, no. 7, pp. 929–939. doi: 10.1136/gut.2008.168534
  10. Gwam C., Mohammed N., Ma X. Stem cell secretome, regeneration, and clinical translation: a narrative review. Ann. Transl. Med., 2021, vol. 9, no. 1: 70. doi: 10.21037/atm-20-5030
  11. Johnson V., Webb T., Norman A., Coy J., Kurihara J., Regan D., Dow S. Activated mesenchymal stem cells interact with antibiotics and host innate immune responses to control chronic bacterial infections. Sci. Rep., 2017, vol. 7, no. 1: 9575. doi: 10.1038/s41598-017-08311-4
  12. Khatri M., Richardson L.A., Meulia T. Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles attenuate influenza virus-induced acute lung injury in a pig model. Stem Cell Res. Ther., 2018, vol. 9, no. 1: 17. doi: 10.1186/s13287-018-0774-8
  13. Krasnodembskaya A., Song Y., Fang X., Gupta N., Serikov V., Lee J.W., Matthay M.A. Antibacterial effect of human mesenchymal stem cells is mediated in part by secretion of the antimicrobial peptide LL-37. Stem Cells, 2010, vol. 28, no. 12, pp. 2229–2238. doi: 10.1002/stem.544
  14. Legaki E., Roubelakis M.G., Theodoropoulos G.E., Lazaris A., Kollia A., Karamanolis G., Marinos E., Gazouli M. Therapeutic potential of secreted molecules derived from human amniotic fluid mesenchymal stem/stroma cells in a mice model of colitis. Stem Cell Rev. Rep., 2016, vol. 12, no. 5, pp. 604–612. doi: 10.1007/s12015-016-9677-1
  15. Liesveld J.L., Sharma N., Aljitawi O.S. Stem cell homing: from physiology to therapeutics. Stem Cells, 2020, vol. 38, no. 10, pp. 1241–1253. doi: 10.1002/stem.3242
  16. Lobov A.A., Yudintceva N.M., Mittenberg A.G., Shabelnikov S.V., Mikhailova N.A., Malashicheva A.B., Khotin M.G. Proteomic profiling of the human fetal multipotent mesenchymal stromal cells secretome. Molecules, 2020, vol. 25, no. 22: 5283. doi: 10.3390/molecules25225283
  17. Lopatkin A.J., Bening S.C., Manson A.L., Stokes J.M., Kohanski M.A., Badran A.H., Earl A.M., Cheney N.J., Yang J.H., Collins J.J. Clinically relevant mutations in core metabolic genes confer antibiotic resistance. Science, 2021, vol. 371, no. 6531: eaba0862. doi: 10.1126/science.aba0862
  18. Madrigal M., Rao K.S., Riordan N.H. A review of the therapeutic effects of mesenchymal stem cell secretions and induction of secretory modification by different culture methods. J. Transl. Med., 2014, vol. 12: 260. doi: 10.1186/s12967-014-0260-8
  19. Maguire G. Stem cell therapy without the cells. Commun. Integr. Biol., 2013, vol. 6, no. 6: 260.e26631. doi: 10.4161/cib.26631
  20. Marchant J. When antibiotics turn toxic. Nature, 2018, vol. 555, no. 7697, pp. 431–433. doi: 10.1038/d41586-018-03267-5
  21. Marx C., Gardner S., Harman R.M., Van de Walle G.R. The mesenchymal stromal cell secretome impairs methicillin-resistant Staphylococcus aureus biofilms via cysteine protease activity in the equine model. Stem Cells Transl. Med., 2020, vol. 9, no. 7, pp. 746–757. doi: 10.1002/sctm.19-0333
  22. Mita T., Furukawa-Hibi Y., Takeuchi H., Hattori H., Yamada K., Hibi H., Ueda M., Yamamoto A. Conditioned medium from the stem cells of human dental pulp improves cognitive function in a mouse model of Alzheimer’s disease. Behav. Brain Res., 2015, vol. 293, pp. 189–197. doi: 10.1016/j.bbr.2015.07.043
  23. Moraes C.N., Maia L., de Oliveira E., de Paula Freitas Dell’Aqua C., Chapwanya A., da Cruz Landim-Alvarenga F., Oba E. Shotgun proteomic analysis of the secretome of bovine endometrial mesenchymal progenitor/stem cells challenged or not with bacterial lipopolysaccharide. Vet. Immunol. Immunopathol., 2017, vol. 187, pp. 42–47. doi: 10.1016/j.vetimm.2017.03.007
  24. Nakashima Y., Nahar S., Miyagi-Shiohira C., Kinjo T., Toyoda Z., Kobayashi N., Saitoh I., Watanabe M., Fujita J., Noguchi H. A liquid chromatography with tandem mass spectrometry-based proteomic analysis of the proteins secreted by human adipose-derived mesenchymal stem cells. Cell Transplant., 2018, vol. 27, no. 10, pp. 1469–1494. doi: 10.1177/0963689718795096
  25. Nakamura Y., Miyaki S., Ishitobi H., Matsuyama S., Nakasa T., Kamei N., Akimoto T., Higashi Y., Ochi M. Mesenchymal-stem-cell-derived exosomes accelerate skeletal muscle regeneration. FEBS Lett., 2015, vol. 589, no. 11, pp. 1257–1265. doi: 10.1016/j.febslet.2015.03.031
  26. Park B.S., Kim W.S., Choi J.S., Kim H.K., Won J.H., Ohkubo F., Fukuoka H. Hair growth stimulated by conditioned medium of adipose-derived stem cells is enhanced by hypoxia: evidence of increased growth factor secretion. Biomed. Res., 2010, vol. 31, no. 1, pp. 27–34. doi: 10.2220/biomedres.31.27
  27. Peng W., Chang M., Wu Y., Zhu W., Tong L., Zhang G., Wang Q., Liu J., Zhu X., Cheng T., Li Y., Chen X., Weng D., Liu S., Zhang H., Su Y., Zhou J., Li H., Song Y. Lyophilized powder of mesenchymal stem cell supernatant attenuates acute lung injury through the IL-6-p-STAT3-p63-JAG2 pathway. Stem Cell Res. Ther., 2021, vol. 12, no. 1: 216. doi: 10.1186/s13287-021-02276-y
  28. Qin Y., Wang L., Gao Z., Chen G., Zhang C. Bone marrow stromal/stem cell-derived extracellular vesicles regulate osteoblast activity and differentiation in vitro and promote bone regeneration in vivo. Sci. Rep., 2016, vol. 6: 21961. doi: 10.1038/srep21961
  29. Riduan S.N., Armugam A., Zhang Y. Antibiotic resistance mitigation: the development of alternative general strategies. J. Mater. Chem. B, 2020, vol. 8, no. 30, pp. 6317–6321. doi: 10.1039/D0TB01241F
  30. Russell K.A., Garbin L.C., Wong J.M., Koch T.G. Mesenchymal stromal cells as potential antimicrobial for veterinary use – a comprehensive review. Front. Microbiol., 2020, vol. 11: 606404. doi: 10.3389/fmicb.2020.606404
  31. Saberpour M., Bakhshi B., Najar-Peerayeh S. Evaluation of the antimicrobial and antibiofilm effect of chitosan nanoparticles as carrier for supernatant of mesenchymal stem cells on multidrug-resistant Vibrio cholerae. Infect. Drug Resist., 2020, vol. 13, pp. 2251–2260. doi: 10.2147/IDR.S244990
  32. Spekker K., Leineweber M., Degrandi D., Ince V., Brunder S., Schmidt S.K., Stuhlsatz S., Howard J.C., Schares G., Degistirici O., Meisel R., Sorg R.V., Seissler J., Hemphill A., Pfeffer K., Däubener W. Antimicrobial effects of murine mesenchymal stromal cells directed against Toxoplasma gondii and Neospora caninum: role of immunity-related GTPases (IRGs) and guanylate-binding proteins (GBPs). Med. Microbiol. Immunol., 2013, vol. 202, no. 3, pp. 197–206. doi: 10.1007/s00430-012-0281-y
  33. Tao H., Chen X., Wei A., Song X., Wang W., Liang L., Zhao Q., Han Z., Han Z., Wang X., Li Z. Comparison of teratoma formation between embryonic stem cells and parthenogenetic embryonic stem cells by molecular imaging. Stem Cells Int., 2018, vol. 2018: 7906531. doi: 10.1155/2018/7906531
  34. Timmers L., Lim S.K., Arslan F., Armstrong J.S., Hoefer I.E., Doevendans P.A., Piek J.J., El Oakley R.M., Choo A., Lee C.N., Pasterkamp G., de Kleijn D.P. Reduction of myocardial infarct size by human mesenchymal stem cell conditioned medium. Stem Cell Res., 2007, vol. 1, no. 2, pp. 129–137. doi: 10.1016/j.scr.2008.02.002
  35. Vizoso F.J., Eiro N., Cid S., Schneider J., Perez-Fernandez R. Mesenchymal stem cell secretome: toward cell-free therapeutic strategies in regenerative medicine. Int. J. Mol. Sci., 2017, vol. 18, no. 9: 1852. doi: 10.3390/ijms18091852
  36. Xin H., Li Y., Cui Y., Yang J.J., Zhang Z.G., Chopp M. Systemic administration of exosomes released from mesenchymal stromal cells promote functional recovery and neurovascular plasticity after stroke in rats. J. Cereb. Blood Flow Metab., 2013, vol. 33, no. 11, pp. 1711–1715. doi: 10.1038/jcbfm.2013.152
  37. Yagi H., Chen A.F., Hirsch D., Rothenberg A.C., Tan J., Alexander P.G., Tuan R.S. Antimicrobial activity of mesenchymal stem cells against Staphylococcus aureus. Stem Cell Res. Ther., 2020, vol. 11, no. 1: 293. doi: 10.1186/s13287-020-01807-3
  38. Yang D., Chen Q., Hoover D.M., Staley P., Tucker K.D., Lubkowski J., Oppenheim J.J. Many chemokines including CCL20/MIP-3α display antimicrobial activity. J. Leukoc. Biol., 2003, vol. 74, no. 3, pp. 448–455. doi: 10.1189/jlb.0103024
  39. Yang R., Liu Y., Kelk P., Qu C., Akiyama K., Chen C., Atsuta I., Chen W., Zhou Y., Shi S. A subset of IL-17+ mesenchymal stem cells possesses anti-Candida albicans effect. Cell Res., 2013, vol. 23, no. 1, pp. 107–121. doi: 10.1038/cr.2012.179
  40. Zullo J., Matsumoto K., Xavier S., Ratliff B., Goligorsky M.S. The cell secretome, a mediator of cell-to-cell communication. Prostaglandins Other Lipid Mediat., 2015, vol. 120, pp. 17–20. doi: 10.1016/j.prostaglandins.2015.03.012

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рисунок 1. Показатели бактерицидной активности секретома в отношении E. coli и P. aeruginosa (с учетом градиента концентрации 100-1000 мкг/мл) после 4 часов инкубации

Скачать (47KB)
Метаданные
3. Рисунок 2. Показатели бактерицидной активности секретома на клинических штаммах E. coli (n = 11) и P. aeruginosa (n = 11) (с учетом градиента концентрации 100-1000 мкг/мл)

Скачать (114KB)
Метаданные

© Кайгородов Д.Г., Кайгородова А.Д., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».