Autologous mesenchymal stem cells in treatment of liver cirrhosis: evaluation of effectiveness and visualization method

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Through clinical observation, we present an assessment of the autologous mesenchymal stem cells effectiveness in treatment of liver cirrhosis of alimentary etiology. In order to determine the localization of the implanted cell structures, the stem cells were previously labeled with iron (II, III) oxide nanoparticles (IONPs). Further MRI visualization helped to detect the cell structures stained with iron oxide nanoparticles in the human body. In 6 months after the cell therapy, the patient underwent clinical and biochemical blood tests, MEGX test, elastography and subjective health assessment test. The tests data analysis revealed the improvement of the values of all examined parameters after the cell treatment. Also in 6 and 12 months after the treatment, a liver biopsy was performed from the area where the implanted stem cells were visualized. In histological examination of liver bioptates obtained from the area of MSC transplantation, the largest number of stained cells was observed in liver micronodes, as well as at the boundaries of micronodes and fibrous septa. A portion of the bioptate obtained in 12 months after transplantation was used to produce primary cell cultures. Before the first re-seeding of the cultures, cell colonies of both fibroblast-like morphology and epithelial were detected in them. Both types of colonies contained the particles.

Conducting the cell therapy to a patient with liver cirrhosis of alimentary etiology contributed to improving the laboratory and instrumental examinations indicators. The patient had come through the treatment procedure satisfactorily, no complications were registered.

About the authors

Inna E. Kotkas

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

Author for correspondence.
Email: inna.kotkas@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4605-9887

PhD, Associate Professor, Department of Faculty surgery named after I.I. Grekov, Head of the Department of surgery in the E.E. Eichwald clinic

Russian Federation, Saint Petersburg

Natella I. Enukashvili

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov; Institute of Cytology of the Russian Academy of Sciences

Email: inna.kotkas@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5971-7917

PhD, Biology, senior researcher

Russian Federation, Saint Petersburg

Shamil M. Asadulayev

North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov

Email: inna.kotkas@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1915-1250

PhD, surgeon of the x-ray endovascular office

Russian Federation, Saint Petersburg

Anna V. Chubar

Institute of Cytology of the Russian Academy of Sciences

Email: inna.kotkas@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4160-1385

junior research associate of the Laboratory of non-coding DNA

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Enukashvili NI, Kotkas IE, Bogolyubov DS, et al. Detection of cells containing internalized multi-domain magnetic iron oxide (II, III) nanoparticles by MRI. Zhurnal tekhnicheskoj fiziki. 2020;90(9):1418–1427. (In Russ.). [Енукашвили Н.И., Коткас И.Е., Боголюбов Д.С. и др. Детекция клеток, содержащих интернализованные мультидоменные магнитные наночастицы оксида железа (II, III), методом МРТ. Журнал технической физики. 2020;90(9):1418–1427.
  2. Belyakin SA, Bobrov AN. Mortality from cirrhosis of the liver as an indicator of the level of alcohol consumption in the population. Vestnik Rossijskoj voenno-medicinskoj akademii. 2009;3:189–194. (In Russ.). [Белякин С.А., Бобров А.Н. Смертность от цирроза печени как индикатор уровня потребления алкоголя в популяции. Вестник Российской военно-медицинской академии. 2009;3:189–194].
  3. Kaliaskarova KS, Bajmagambetova ZhB, et al. Modern aspects of pathogenesis of viral liver fibrosis. The Journal of Clinical Medicine of Kazakhstan. 2012;2(25):89–92. (In Russ.). [Калиаскарова К.С., Баймагамбетова Ж.Б. и др. Современные аспекты патогенеза вирусного фиброза печени. Клиническая медицина Казахстана. 2012;2(25):89–92].
  4. Pogranc I, Dobrivojević Radmilović M, Ahmed L, et al. D-mannose-Coating of Maghemite Nanoparticles Improved Labeling of Neural Stem Cells and Allowed Their Visualization by ex vivo MRI after Transplantation in the Mouse Brain. Cell Transplantation. 2019;28(5):553–567. doi: 10.1177/0963689719834304
  5. Dominici M, Le Blanc K, Mueller I, et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 2006;8(4):315–317. doi: 10.1080/14653240600855905
  6. Snykers S, De Kock J, Vanhaecke T, Rogiers V. Hepatic Differentiation of Mesenchymal Stem Cells: In Vitro Strategies. Mesenchymal Stem Cell Assays and Applications, Methods in Molecular Biology. 2011;698:305–314. doi: 10.1007/978-1-60761-999-4_23
  7. Stock P, Brückner S, Ebensing S, et al. The generation of hepatocytes from mesenchymal stem cells and engraftment into murine liver. Nat Protoc. 2010;5:617–627. doi.org/10.1038/nprot.2010.7
  8. Kholodenko IV, Kurbatov LK, Kholodenko RV, et al. Mesenchymal Stem Cells in the Adult Human Liver: Hype or Hope? Cells. 2019;8(10):1127. doi: 10.3390/cells8101127
  9. Frangioni JV, Hajjar RJ. In vivo tracking of stem cells for clinical trials in cardiovascular disease. Circulation. 2004;110(21):3378–3383. doi.org/10.1161/01.cir.0000149840.46523.fc
  10. Tong l, Zhao H, He Z, li Z. Current perspectives on molecular imaging for tracking stem cell therapy. In: Medical imaging in clinical practice. In Tech. 2013;73–79. doi.org/10.5772/53028
  11. Chen ZY, Wang Y-X, Yang F, et al. New researches and application progress of commonly used optical molecular imaging technology. Biomed Res Int. 2014:429198. doi.org/10.1155/2014/429198
  12. Meleshina AV, Cherkasova EI, Shirmanova MV, et al. Modern methods of stem cell imaging in vivo (review). Sovrem. tekhnol. med. 2015;4. (In Russ.). [Мелешина А.В., Черкасова Е.И., Ширманова М.В. и др. Современные методы визуализаци стволовых клеток in vivo (обзор). Современные технологии медицины. 2015;4]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sovremennye-metody-vizualizatsi-stvolovyh-kletok-in-vivo-obzor

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Coeliography and mesentericography data of patient A. The arrow indicates the right hepatic artery where autologous mesenchymal stem cells were implanted.

Download (294KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Magnetic resonance imaging of abdominal organs on 1 day after the insertion of autologous mesenchymal stem cells into the arterial bed of the liver. The arrow indicates the areas of the liver where the marked stem cells are visualized.

Download (464KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. Analysis of morphofunctional properties of cells containing IONP. (A) General view of MSC culture after IONP labeling, 300 mcg / ml. The scale segment is 50 microns. Arrows mark some of the IONPs. (B) The result of immunophenotyping of MSC cultures after IONP labeling. (C) The diagram of proliferative activity of MSC, unmarked with IONP (control) and marked with IONP, 300 mcg/ml. The results of counting the number of cells in the well (Y-axis) depending on the day of cultivation (X-axis) are presented. The data is presented as an average and an error of the average.

Download (329KB)
Indexing metadata
5. Figure 4. Investigation of IONP localization in cells by microscopy of preparations stained with iron hexacyanoferrate (A, B, E) and unstained (C, D): (A) in MSC after IONP labeling, 300 mcg/ml before transplantation; (B) in cells of histological preparation of liver bioptate obtained 6 months after transplantation; (C–D) in primary cultures of bioptate's cells before the first re-seeding (C – fibroblast-like colony, D – epithelial-like colony) and after the second re-seeding (E). The scale segment is 50 microns. Arrows mark some of the IONPs.

Download (614KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Kotkas I.E., Enukashvili N.I., Asadulayev S.M., Chubar A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a 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».