2226-5988 2686-6749 Клиническая и экспериментальная морфология Clinical and Experimental Morphology ООО "Группа МДВ" 10.31088/CEM2024.13.4.36-46 Влияние ибупрофена на остеогенные свойства матриксов, несущих аденовирусные конструкции с геном BMP2 Effect of ibuprofen on osteogenic properties of matrices carrying adenovirus with the BMP2 gene Недорубова Ирина Алексеевна Недорубова Ирина Алексеевна Nedorubova Irina A. nedorubova.ia@gmail.com 0000-0001-8472-7116 Черномырдина Виктория Олеговна Черномырдина Виктория Олеговна Chernomyrdina Victoria O. cem.journal@mail.ru 0000-0003-3828-8495 Меглей Анастасия Юрьевна Меглей Анастасия Юрьевна Meglei Anastasiia Yu. cem.journal@mail.ru 0000-0003-2970-7176 Басина Виктория Павловна Басина Виктория Павловна Basina Viktoriia P. cem.journal@mail.ru 0009-0006-0127-6502 Кузнецова Валерия Сергеевна Кузнецова Валерия Сергеевна Kuznetsova Valeriya S. cem.journal@mail.ru 0000-0001-8643-1642 Васильев Андрей Вячеславович Васильев Андрей Вячеславович Vasilyev Andrey V. cem.journal@mail.ru 0000-0002-7169-2724 Григорьев Тимофей Евгеньевич Григорьев Тимофей Евгеньевич Grigoriev Timofei E. cem.journal@mail.ru 0000-0001-8197-0188 Загоскин Юрий Дмитриевич Загоскин Юрий Дмитриевич Zagoskin Yuriy D. cem.journal@mail.ru 0000-0002-5825-8333 Чвалун Сергей Николаевич Чвалун Сергей Николаевич Chvalun Sergei N. cem.journal@mail.ru 0000-0001-9405-4509 Гольдштейн Дмитрий Вадимович Гольдштейн Дмитрий Вадимович Goldshtein Dmitry V. cem.journal@mail.ru 0000-0003-2438-1605 Бухарова Татьяна Борисовна Бухарова Татьяна Борисовна Bukharova Tatiana B. cem.journal@mail.ru 0000-0003-0481-256X ФГБНУ Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова, Москва, Россия Research Centre for Medical Genetics, Moscow, Russia ФГБНУ Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова, Москва, Россия; ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России, Москва, Россия Research Centre for Medical Genetics, Moscow, Russia; Central Research Institute of Dentistry and Maxillofacial Surgery, Moscow, Russia ФГБУ Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия; ФГАОУ ВО Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия National Research Centre “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia; Moscow Institute of Physics and Technology, Moscow, Russia ФГБУ Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия National Research Centre “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia 31 10 2024 13 4 36 46 03 05 2024 24 06 2024 16 05 2024

Введение. Разработка ген-активированных остеопластических материалов открывает новые возможности для эффективного лечения пациентов с дефицитом костной ткани. Материалы и методы. Исследование проводили с использованием мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток, выделенных из жировой ткани крыс. Были получены матриксы на основе полилактидных гранул (PLA-гранул), коллагена I типа и фибрина, импрегнированные аденовирусными конструкциями с геном BMP2 (Ad-BMP2) и ибупрофеном. Адгезию клеток на матриксах оценивали методом сканирующей электронной микроскопии. Кинетику высвобождения аденовирусов исследовали методом спектрофотометрии, а ибупрофена – УФ-спектрофотомерии. Эффективность остеогенной дифференцировки клеток оценивали по экспрессии генов остеогенных маркеров методом ПЦР в режиме реального времени, продукции белков остеоиндукторов методом иммуноферментного анализа, по активности щелочной фосфатазы и минерализации внеклеточного матрикса мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток, полученных из жировой ткани крыс, при окрашивании ализариновым красным. Результаты. Добавление ибупрофена во время трансдукции мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток, полученных из жировой ткани крыс, аденовирусами с геном BMP2 не только способствовало эффективной доставке целевого гена и продукции белка BMP-2, но и обеспечивало более выраженную остеогенную дифференцировку клеток. Включение ибупрофена в состав матриксов на основе PLA-гранул, коллагена I типа и фибрина позволило добиться длительного высвобождения препарата из материала. Разработанные матриксы, импрегнированные Ad-BMP2 и ибупрофеном, характеризуются высокими адгезионными свойствами. Вирусы, высвобождающиеся из матриксов, эффективно трансдуцировали клетки и индуцировали остеогенную дифференцировку мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток, полученных из жировой ткани крыс. Заключение. Полученные матриксы, содержащие аденовирусные конструкции с геном BMP2 и ибупрофеном, обладают остеогенными свойствами in vitro и имеют высокий потенциал использования для лечения костных дефектов.

Introduction. The development of gene-activated osteoplastic materials opens up new opportunities for effective treatment of patients with bone deficiency. Materials and methods. The study was carried out using multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs) isolated from adipose tissue of rats. We obtained matrices based on polylactide acid granules (PLA granules), type I collagen, and fibrin that were impregnated with adenovirus with the BMP2 gene (Ad-BMP2) and ibuprofen. Cell adhesion on the matrices was assessed with scanning electron microscopy. The release kinetics of adenoviruses and ibuprofen was studied with spectrophotometry and UV spectrophotometry, respectively. We used real-time PCR to evaluate the efficiency of osteogenic differentiation of cells with the expression of genes of osteogenic markers; enzyme-linked immunosorbent assay to assess the production of proteins; and alizarin red staining to analyze the activity of alkaline phosphatase and the mineralization of the MSCs extracellular matrix. Results. The addition of ibuprofen during transduction of MSCs with adenoviruses with the BMP2 gene not only contributed to the effective delivery of the target gene and production of the BMP-2 protein, but also ensured more pronounced osteogenic differentiation of cells. The inclusion of ibuprofen in matrices based on PLA granules, type I collagen, and fibrin made it possible to achieve long-term release of the drug from the material. The developed matrices impregnated with Ad-BMP2 and ibuprofen are characterized by high adhesive properties. Viruses released from the matrices effectively transduced cells and induced osteogenic differentiation of MSCs. Conclusion. The developed matrices containing adenovirus with the BMP2 gene and ibuprofen have osteogenic properties in vitro and a high potential use in the treatment of bone defects.

 Ключевые слова аденовирусные векторы ибупрофен костный морфогенетический белок полилактид коллаген фибрин остеогенная дифференцировка Keywords adenoviral vectors ibuprofen bone morphogenetic protein polylactide collagen fibrin osteogenic differentiation Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 21-75-10147 (в области исследования свойств матриксов), в рамках государственного задания Минобрнауки России для Медико-генетического научного центра имени академика Н.П. Бочкова (в области наработки аденовирусных конструкций) и государственного задания НИЦ «Курчатовский институт» (в области создания матриксов). The study was supported by the Russian Science Foundation, grant No. 21-75-10147 (in the field of assessing the properties of matrices), within the framework of the State Assignment of Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation for Research Centre for Medical Genetics (in the field of development of adenoviral constructs) and National Research Centre “Kurchatov Institute” (in the field of creating matrices). Carreira AC, Alves GG, Zambuzzi WF, Sogayar MC, Granjeiro JM. Bone morphogenetic proteins: structure, biological function and therapeutic applications. Arch Biochem Biophys. 2014;561:64–73. DOI: 10.1016/j.abb.2014.07.011. Atasoy-Zeybek A, Kose GT. Gene therapy strategies in bone tissue engineering and current clinical applications. Adv Exp Med Biol. 2018;1119:85–101. DOI: 10.1007/5584_2018_253. Vannucci L, Lai M, Chiuppesi F, Ceccherini‑Nelli L, Pistello M. Viral vectors: a look back and ahead on gene transfer technology. New Microbiol. 2013;36(1):1–22. PMID: 23435812. Ho ML, Chang JK, Chuang LY, Hsu HK, Wang GJ. Effects of nonsteroidal anti‑inflammatory drugs and prostaglandins on osteoblastic functions. Biochem Pharmacol. 1999;58(6):983–90. DOI: 10.1016/s0006-2952(99)00186-0. Kulesza A, Zielniok K, Hawryluk J, Paczek L, Burdzinska A. Ibuprofen in therapeutic concentrations affects the secretion of human bone marrow mesenchymal stromal cells, but not their proliferative and migratory capacity. Biomolecules. 2022;12(2):287. DOI: 10.3390/biom12020287. Gabal Y, Ramsey JD. Surface modification of adenovirus vector to improve immunogenicity and tropism. Methods Mol Biol. 2021;2183:357–66. DOI: 10.1007/978-1-0716-0795-4_18. Бухарова Т.Б., Волков А.В., Воронин А.С., Филимонов К.А., Чаплыгин С.С., Мурушиди М.Ю. и др. Разработка ткане‑инженерной конструкции на основе мультипотентных стромальных клеток жировой ткани человека, трансфицированных геном костного морфогенетического белка BMP‑2. Клиническая и экспериментальная морфология. 2013;1(5):45–51. Доступно по адресу: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18912641 (получено 25.04.2024). Bukharova TB, Volkov AV, Voronin AS, Filimonov KA, Chaplygin SS, Murushidi MYu et al. Development of tissue engineering construction based on multipotent stromal cells of human adipose tissue transfected with the gene of bone morphogenic protein BMP‑2. Clinical and Experimental Morphology. 2013;1(5):45–51 (In Russ.). Available from: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18912641 (accessed 25.04.2024). Alonzo M, Primo FA, Kumar SA, Mudloff JA, Dominguez E, Fregoso G et al. Bone tissue engineering techniques, advances and scaffolds for treatment of bone defects. Curr Opin Biomed Eng. 2021;17:100248. DOI: 10.1016/j.cobme.2020.100248. Чекишева Т.Н. Наноматериалы и их роль в регенерации костной ткани. Клиническая и экспериментальная морфология. 2019;8(4):19–24. DOI: 10.31088/CEM2019.8.4.19-24. Chekisheva TN. Nanomaterials and their role in bone tissue regeneration. Clinical and Experimental Morphology. 2019;8(4):19–24 (In Russ.). DOI: 10.31088/CEM2019.8.4.19-24. da Silva D, Kaduri M, Poley M, Adir O, Krinsky N, Shainsky‑Roitman J et al. Biocompatibility, biodegradation and excretion of polylactic acid (PLA) in medical implants and diagnostic systems. Chem Eng J. 2018;340:9–14. DOI: 10.1016/j.cej.2018.01.010. Sorushanova A, Delgado LM, Wu Z, Shologu N, Kshirsagar A, Raghunath R et al. The collagen suprafamily: from biosynthesis to advanced biomaterial development. Adv Mater. 2019;31(1):e1801651. DOI: 10.1002/adma.201801651. Etulain J. Platelets in wound healing and regenerative medicine. Platelets. 2018;29(6):556–68. DOI: 10.1080/09537104.2018.1430357. Bukharova TB, Nedorubova IA, Mokrousova VO, Meglei AY, Basina VP, Nedorubov AA et al. Adenovirus‑based gene therapy for bone regeneration: a comparative analysis of in vivo and ex vivo BMP2 gene delivery. Cells. 2023;12(13):1762. DOI: 10.3390/cells12131762. Chang J. Adenovirus vectors: excellent tools for vaccine development. Immune Netw. 2021;21:e6. DOI: 10.4110/in.2021.21.e6. Бухарова Т.Б., Недорубова И.А., Мокроусова В.О., Меглей А.Ю., Васильев А.В., Гольдштейн Д.В. Влияние ибупрофена на аденовирусную трансдукцию культур мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток. Медицинская генетика. 2022;21(12):4–9. DOI: 10.25557/2073-7998.2022.12.4-9. Bukharova TB, Nedorubova IA, Mokrousova VO, Meglei AYu, Vasilyev AV, Goldstein DV. Influence of ibuprofen on adenoviral transduction of multipotent mesenchymal stromal cells. Medical Genetics. 2022;21(12):4–9 (In Russ.). DOI: 10.25557/2073-7998.2022.12.4-9. Pountos I, Georgouli T, Calori GM, Giannoudis PV. Do nonsteroidal anti‑inflammatory drugs affect bone healing? A critical analysis. Sci World J. 2012;2012:606404. DOI: 10.1100/2012/606404. Hadjicharalambous C, Alexaki VI, Alpantaki K, Chatzinikolaidou M. Effects of NSAIDs on the osteogenic differentiation of human adipose tissue‑derived stromal cells. J Pharm Pharmacol. 2016;68(11):1403–8. DOI: 10.1111/jphp.12595. Hadjicharalambous C, Alpantaki K, Chatzinikolaidou M. Effects of NSAIDs on pre‑osteoblast viability and osteogenic differentiation. Exp Ther Med. 2021;22(1):740. DOI: 10.3892/etm.2021.10172. Kumar P, Dehiya BS, Sindhu A. Ibuprofen‑loaded CTS/nHA/nBG scaffolds for the applications of hard tissue engineering. Iran Biomed J. 2019;23(3):190–9. DOI: 10.29252/.23.3.190. Zhao L, Chen S, Xie C, Liang Q, Xu D, Chen W et al. The fabrication of multifunctional sodium alginate scaffold incorporating ibuprofen‑loaded modified PLLA microspheres based on cryogenic 3D printing. J Biomater Sci Polym Ed. 2022;33(1):1269–88. DOI: 10.1080/09205063.2022.2049059.