Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1047310.32607/20758251-2015-7-3-38-47ReviewsОбзорыResearch ArticleInjured Nerve Regeneration using Cell-Based Therapies: Current ChallengesВосстановление поврежденного нерва с помощью клеточной терапии (фундаментальные аспекты)PetrovaE. S.ПетроваE. С.
Russian Federation
Iemmorphol@yandex.ruFederal State Budgetary Scientific Institution «Institute of Experimental Medicine»Институт экспериментальной медицины1509201573VOL 7, NO3 (2015)ТОМ 7, №3 (2015)384717012020Copyright ©; 2015, Petrova E.S.Copyright ©; 2015, Петрова E.С.2015Petrova E.S.Петрова E.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10473

This paper reviews the recent research progress in the past several years on promoting peripheral nerve recovery using stem and progenitory cells. The emphasis is placed on studies aimed at assessing various stem cells capable of expressing neurotrophic and growth factors and surviving after implantation in the nerve or a conduit. Approaches to improving nerve conduit design are summarized. The contribution of stem cells to axonal regeneration and neural repair is discussed. The side effects associated with cell-based treatment are highlighted. From the studies reviewed, it is concluded that the fate of transplanted stem cells needs further elucidation in a microenvironment-dependent manner.

В обзоре обобщены результаты экспериментальных исследований последних лет, посвященных стимуляции восстановления периферических нервных проводников с помощью стволовых и прогениторных клеток. Проанализированы данные о подборе клеточных элементов, способных вырабатывать нейротрофические и ростовые факторы и выживать при пересадке в поврежденный нервный ствол или кондуит. Описаны способы усовершенствования кондуитов, соединяющих сегменты перерезанного нерва. Представлены данные о механизмах влияния пересаженных клеток на рост и регенерацию нервных волокон реципиента. Отмечены возможные негативные последствия трансплантации стволовых клеток. Подчеркнута необходимость дальнейшего изучения судьбы пересаженных клеток в условиях измененного микроокружения.

nerve regenerationnervecell therapystem cellsклеточная терапиянерврегенерациястволовые клетки[1] Mohammadi R., Azad-Tigran M., Amini K. // Injury. 2013, V.44, №4, P.565-569[2] Ninel V.G., Norkin I.A., Puchinyan D.M., Bogomolova N.V., Korshunova G.A.1., Matveeva O.V., Aytemirov S.M. // Fundamental research. 2012, №12, P.336-340[3] Beck-Broichsitter B.E., Lamia A., Geuna S., Fregnan F., Smeets R., Becker S.T., Sinis N. // Biomed.Res.Int. 2014, V.2014, P.401760[4] Shchudlo N.A., Borisova I.V., Shchudlo M.M. // Morfologiia. 2012, V.142, №6, P.30-35[5] Maciel F.O., Viterdo F., Chinaque L.F.C., Souza B.M. // Acta Cir. Bras. 2013, V.28, №1, P.39-47[6] de Assis D.C.M., Lima K.M., Goes B.T., Cavalcanti J.Z., Paixão A.B., Vannier-Santos M.A., Martinez A.M., Baptista A.F. // Biomed Res Int. 2014, V.2014, P.572949[7] MerkulovM.V. I.O., GolubevI.O. I.O., KrupatkinA.I. I.O., Kuz’michyov V.A., Bushuev O.M., ShiryaevaG.N. I.O., KutepovI.A. I.O. // Bulletin of Traumatology and Orthopedics Im. N.N. Priorov. 2012, №3, P.53-58[8] Bersnev V.P., Khamzaev R.I., Boroda Iu.I. // Vestn. Khir. Im. I. I. Grekov. 2009, V.168, №1, P.61-63[9] Waller A. Lond. J. // Med. 1852, V.4, №43, P.609-625[10] Ramon y Cajal S. // Degeneration and regeneration of the nervous system. // Oxf. H.Milford. 1928, V.1-2, P.50[11] Doynikov B. S. // The selected works on Neuromorphology and neuropathology. // The selected works on Neuromorphology and neuropathology. M.: Medgiz. 1955. 468 p. 1955, P.468[12] Gordon T. // Neurosurgical Focus. 2009, V.26, №2, P.E3[13] Lutz A.B., Barres B.A. // Developmental Cell. 2014, V.28, №1, P.7-17[14] Gu Y., Zhu J., Xue C., Li Z., Ding F., Yang Y., Gu X. // Biomaterials. 2014, V.35, №7, P.2253-2263[15] Pfister L.A., Papalonzos M., Merkle H.R., Gander B. // J. Peripher. Nerv. Syst. 2007, V.12, №2, P.65-82[16] Masgutov R.F., Salafutdinov I.I., Bogov A.A., Trofimova A.A., Khannanova I.G., Mullin R.I., Islamov R.R., Chelyshev Yu.A., Rizvanov A.A. // Genes and Cells. 2011, V.3, №3, P.67-70[17] Chelyshev Y.A., Mukhamedshina Y.O., Shaimardanova G.F., Nickolaev S. I. // Neurological Vestnik Im. V.M. Bekhterev. 2012, V.44, №1, P.76-83[18] Masgutov R.F., Rizvanov A.A., Bogov A.A. (jr.)., Gallyamov A.R., Kiyasov A.P., Bogov A.A. // Prakticheskaya meditsina. 2013. V. 69. № 1-2. 2013, V.69, №1-2, P.99-103[19] Walsh S., Midha R. // Neurosurgery. 2009, V.65, №4, P.80-86[20] Chimutengwende-Gordon M., Khan W. // Open Orthop J. 2012, V.6, №1, P.103-107[21] Petrova ES. // Tsitologiia. 2012, V.54, №7, P.525-540[22] Szynkaruk M., Kemp S.W.P., Wood M.D., Gordon T., Borschel G.H. // Tissue Eng. Part B. Rev. 2013, V.19, №1, P.83-96[23] Zack-Williams S.D., Butler P.E.., Kalaskar D.M. // World J. Stem Cells. 2015, V.7, №1, P.51-64[24] Widgerow A.D., Salibian A.A., Kohan E., Sartiniferreira T., Afzel H., Tham T., Evans G.R. // Microsurgery. 2014, V.34, №4, P.324-330[25] Martinez A.M., Goulart C.O., Ramalho B.S., Oliveira J.T., Almeida F.M. // World. J. Stem. Cells. 2014, V.6, №2, P.179-194[26] Fairbairn N.G., Meppelink A.M., Ng-Glazier J., Randolph M.A., Winograd J.M. // World J. Stem Cells. 2015, V.7, №1, P.11-26[27] Marconi S., Castiglione G., Turano E., Bissolotti G., Angiari S., Farinazzo A., Constantin G., Bedogni G., Bedogni A., Bonetti B. // Tissue engineering. 2012. V. 18. № 11-12. 2012, V.18, №11-12, P.1264-1272[28] Tomita K., Madura T., Mantovani C., Terenghi G. // J. Neurosci. Res. 2012, V.90, №7, P.1392-1402[29] Karagyaur M.N. // Effect of mesenchymal stem cells on the peripheral nerve recovery after injury. // Moscow: FSBI: «RCRPC» Ministry of Health of the RF, 2013 2013[30] Matthes S.M., Reimers K., Janssen I., Liebsch C., Kocsis J.D., Vogt P.M., Radtke C. // Biomed Res Int. 2013, V.2013, P.573169[31] Zeng X., Zhang L., Sun L., Zhang D., Zhao H., Jia J., Wang W. // Exp Ther. Med. 2013, V.5, №1, P.193-196[32] Petrova E.S., Isaeva E.N. // Biology Bulletin. 2014, №6, P.549-556[33] Raheja A., Suri V., Suri A., Sarkar C., Srivastava A., Mohanty S., Jain K.G., Sharma M.C., Mallick H.N., Yadav P.K. // J. Neurosurg. 2012, V.117, №6, P.1170-1181[34] Xiong Y., Zhu J., Fang Z.U., Zeng C.G., Qi G.L., Li M.H., Zhang W., Quan D.P., Wan J. // Inter. J. Nanomedicine. 2012, V.7, P.1977-1989[35] Daly W., Yao L., Zeugolis D., Windebank A., Pandit A. // J. R. Intarface. 2012, V.9, №67, P.202-221[36] Georgiou M., Golding J.P., Loughlin A.J., Kingham P.J., Phillips J.B. // Biomaterials. 2015, V.37, P.242-251[37] McGrath A.M., Brochlin M., Kingham P.J., Novikov L.N., Wiberg M., Novikova L.N. // Neurosci Letters. 2012, V.516, №2, P.171-176[38] Lopatina T., Kalinina N., Karagyaur M., Stambolsky D., Rubina K., Revischin A., Pavlova G., Parfyonova Y., Tkachuk V. // PLoS One. 2011, V.14, №6, P.e17899[39] Kim D.Y., Choi Y.S., Kim S.E., Lee J.H., Kim S.M., Kim Y.J., Rhie J.W., Jun Y.J. // J. Korean. Med. Sci. 2014, №3, P.183-192[40] Hsueh Y.-Y., Chang Y.J., Huang T.C., Fan S.C., Wang D.H., Chen J.J., Wu C.C., Lin S.C. // Biomaterials. 2014, V.35, №7, P.2234-2244[41] Tseng T.C., Hsu S.H. // Biomaterials. 2014, V.35, №9, P.2630-2641[42] Marinescu S.A., Zărnescu O., Mihai I.R., Giuglea C., Sinescu R.D. // Rom. J. Morphol. Embryol. 2014, V.55, №3, P.891-903[43] Pereira T., Gartner A., Amorim I., Almeida A., Caseiro A.R., Armada-da-Silva P.A., Amado S., Fregnan F., Varejão A.S., Santos J.D. // Biomed Res Int. 2014, V.2014, P.302659[44] Li Y., Guo L., Ahn H.S., Kim M.H., Kim S.W. // J. Cell. Mol. Med. 2014, V.18, №6, P.1028-1034[45] Stagg J., Galipeau J. // Curr. Mol. Med. 2013, V.13, №5, P.856-867[46] Rubtsov Y.P., Suzdaltseva Y.G., Goryunov K.V., Kalinina N.I., Sysoeva V.Y., Tkachuk V.A. // Acta Naturae. 2012, V.4, №1(12), P.23-31[47] Aĭzenshtadt A.A., Ivanova N.A., Bagaeva V.V., Smolianinov A.B., Pinevich A.A., Samoĭlovich M.P., Klimovich V.B. // Cell and Tissue Biology. 2014, V.8, №3, P.193-198[48] Zemel’ko V.I., Kozhukharova I.B., Alekseenko L.L., Domnina A.P., Reshetnikova G.F., Puzanov M.V., Dmitrieva R.I., Grinchuk T.M., Nikol’skiĭ N.N., Anisimov S.V. // Tsitologiia. 2013, V.55, №2, P.101-110[49] Han C., Zhang L., Song L., Liu Y., Zou W., Piao H., Liu J. // Chin. Med. J. (Engl). 2014, V.127, №2, P.329-337[50] Tiurin-Kuz’min P.A., Vorotnikov A.V., Tkachuk V.A. // Ross. Fiziol. Zh. Im. I.M.Sechenova. 2013, V.99, №3, P.294-312[51] Cartarozzia L.P., Spejoa A.B., Ferreira R.S., Barravierab B., Duekc E., Carvalhod G.L., Goesd A.M., Oliveiraa A.L.R. // Brain Res. Bull. 2015, V.112, P.14-24[52] Lerner M.Z., Matsushita T., Lankford K.L., Radtke C., Kocsis J.D., Young N.O. // Laryngoscope. 2014, V.124, №11, P.2555-2560[53] Lin S., Xu L., Hu S., Zhang C., Wang Y., Xu J. // Muscle a. Nerve. 2013, V.47, №2, P.194-201[54] Thomas C.K., Erb D.E., Grumbles R.M., Bunge R.P. // J. Neurophysiol. 2000, V.84, №1, P.591-595[55] Franchi S., Valsecchi A.E., Borsani E., Procacci P., Zaffa C., Sartori P., Rodella L.F., Vescovi A., Maione S., Rossi F. // Pain. 2012, V.153, №4, P.850-861[56] Wang A., Tang Z., Park I.H., Zhu Y., Patel S., Daley G.Q., Li S. // Biomaterials. 2011, V.32, №22, P.5023-5932[57] Uemura T., Takamatsu K., Ikeda M., Okada M., Kazuki K., Ikada Y., Nakamura H. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2012, V.419, №1, P.130-135[58] Ikeda M., Uemura T., Takamatsu K., Okada M., Kazuki K., Tabata Y., Ikada Y., Nakamura H. // J. Biomed. Mater. Res. A. 2014, V.102, №5, P.1370-1378[59] Kuo Y.C., Lin C.C. // Colloids. Surf. B. Biointerfaces. 2013, V.1, №103, P.595-600[60] Okawa T., Kamiya H., Himeno T., Kato J., Sieno Y., Fujiya A., Kondo M., Tsunekawa S., Naruse K., Hamada Y. // Cell Transplant. 2013, V.22, №10, P.1767-1783[61] Baikova J.P., FatkhudinovT.K. I.O., BolshakovaG.B. I.O., BuharovaT. B., KakturskyL.V. I.O., GoldshteinD.V. I.O., Dubovaya T.K. // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2011, V.152, №1, P.128-132[62] Lavasani M., Pollett J.B., Usas A., Thompson S.D., Pollett A.F., Huard J. // PLoS One. 2013, V.8, №12, P.e82173[63] Tamaki T., Hirata M., Soeda S., Nakajima N., Saito K., Nakazato K., Okada Y., Hashimoto H., Uchiyama Y., Mochida J. // PLoS One. 2014, V.9, №3, P.e91257[64] Okhotin V.E., Revischin A.V., Pavlova G.V. // Pacific Medical Journal. 2012, №2, P.60-65[65] Frattini F., Lopes F.R., Almeida F.M., Rodrigues R.F., Boldrini L.C., Tomaz M.A., Baptista A.F., Melo P.A., Martinez A.M. // Tissue Eng 2012, V.18, №19-20, PtA, P.2030-2039[66] Orbay H., Uysal A.C., Hyakusoku H., Mizuno H. // J. Plastic. Reconst. Aesthet. Surg. 2012, V.65, №5, P.657-664[67] Wang Y., Zhao Z., Ren Z., Zhao B., Zhang L., Chen J., Xu W., Lu S., Zhao Q., Peng J. // Neurosci Lett. 2012, V.514, №1, P.96-101[68] Suganuma S., Tada K., Hayashi K., Takeuchi A., Sugimoto N., Ikeda K., Tsuchiya H. // J. Orthop. Sci. 2013, V.18, №1, P.145-151[69] Kalinina N.I., Sysoeva V.Yu., Rubina K.A., Parfenova Ye.V., Tkachuk V.A. // Acta Naturae. 2011, V.3, №4(11), P.30-37[70] Reid A.J., Sun M., Wiberg M., Downes S., Terenghi G., Kingham P.J. // Neuroscience. 2011, V.199, P.515-522[71] Ribeiro-Resende V.T., Carrier-Ruiz A., Lemes R.M.R., Reis R.A.M., Mendez-Otero R. // Mol. Neurodegeneration. 2012, V.7, P.34[72] Efimenko A., Dzhoyashvili N., Kalinina N., Kochegura T., Akchurin R., Tkachuk V., Parfyonova Y. // Genes and Cells. 2012, V.7, №4, P.73-82[73] Mantovani C., Terenghi G., Magnaghi V. // Neural Regen Res. 2014, V.9, №1, P.10-15[74] Nozdrachev A.D., Chumasov E.I. // The peripheral nervous system. // St.Petersburg: Science 1999, P.281[75] Sta M., Cappaert N.L., Ramekers D., Baas F., Wadman W.J. // J. Neurosci. Methods. 2014, V.222, P.189-198[76] Wang J., Ding F., Gu Y., Liu J., Gu X. // Brain Res. 2009, V.1262, P.7-15[77] Xu L., Zhou S., Feng G.Y., Zhang L.P., Zhao D.M., Liu Q., Huang F. // Mol. Neurobiol. 2012, V.46, P.265-274[78] Bersnev V.P., Yakovenko I.V., Semenyutin V.B., Kokin G.S. // Surgical treatment of damaged nerves in view of their blood flow and intraoperative diagnosis. // Ros. Scientific Inst. Neurosurgeon. Institute. A.L.Polenova. 1991. 30p. P.30[79] Kingham P.J., Kolar M.K., Novikova L.N., Novikov L.N., Wiberg M. // Stem Cells Dev. 2014, V.23, №7, P.741-754[80] Hsu S.H., Kuo W.C., Chen Y.T., Yen C.T., Chen Y.F., Chen K.S., Huang W.C., Cheng H. // Acta Biomater. 2013, V.9, №5, P.6606-6615[81] Salgado A.J., Reis R.L., Sousa N.J., Gimble J.M. // Curr. Stem. Cell. Res.Ther. 2010, V.5, №2, P.103-110[82] Kuffler D.P. // Prog. Neurobiol. 2014, V.116, P.1-12[83] Ramburrun P., Kumar P., Choonara Y.E., Bijukumar D., du Toit L.C., Pillay V. // Biomed. Res. Int. 2014, V.2014, P.132350[84] Nectow A.R., Marra K.G., Kaplan D.L. // Tissue Eng Part B Rev. 2012, V.18, №1, P.40-50[85] Ladak A., Olson J., Tredget E.E., Gordon T. // Exp. Neurology. 2011, V.228, №2, P.242-252[86] Cunha A.S., Costa M.P., Silva C.F. // Acta Cir. Bras. 2013, V.28, №2, P.94-101[87] Liao I.C., Wan H., Qi S., Cui C., Patel P., Sun W., Xu H. // J. Tissue Eng. 2013, №4, P.2041731413481036[88] Jia H., Wang Y., Tong X.J., Liu G.-B., Li Q., Zhang L.X., Sun X.H. // Synapse. 2012, V.66, №3, P.256-269[89] Khuong H.T., Kumar R., Senjaya F., Grochmal J., Ivanovic A., Shakhbazau A., Forden J., Webb A., Biernaskie J., Midha R. // Exp Neurol. 2014, V.254, P.168-179[90] Dai L.G., Huang G.S., Hsu S.H. // Cell Transplantation. 2012, V.22, №11, P.2029-2039[91] Shen C.C., Yang Y.C., Liu B.S. // J. biomed. Materials Res. 2013, V.101, №1, P.239-252[92] Yang C.C., Wang J., Chen S.C., Hsieh Y.L. // J. Tissue Eng. Regen. Med. 2013, doi: 10.1002/term.1714[93] Luo H., Zhang Y., Zhang Z., Jin Y. // Biomaterials. 2012, V.33, №17, P.4277-4287[94] Zhu F.B., Liu D.W., Zhang H.Y., Xu J.C., Peng Y., Zhong Q.L., Li Y.T. // Zhonghua. Shao. Shang. Za. Zhi. 2012, V.28, №1, P.25-31[95] Wang Y., Jai H., Li W.Y., Tong X.J., Liu G.B., Kang S.W. // Cell. Mol. Neurobiol. 2012, V.32, №3, P.361-371[96] Marinescu S.A., Zărnescu O., Mihai I.R., Giuglea C., Sinescu R.D. // Rom. J. Morphol. Embryol. 2014, V.55, №3, P.891-903[97] Jonsson S., Wiberg R., McGrath A.M., Novikov L.N., Wiberg M., Novikova L.N., Kingham P.J. // PLoS One. 2013, V.8, №2, P.e56484[98] Masgutov R.F., Masgutova G.A., Raginov I.S., Malomuzh A.I., Nigmetzyanova M.V., Chelyshev Yu.A. // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2009, V.147, №4, P.537-538[99] Liu Y., Nie L., Zhao H., Zhang W., Zhang Y.Q., Wang S.S., Cheng L. // PLoS One. 2014, V.9, №10, P.e110993[100] Duan X.H., Cheng L.N., Zhang F., Liu J., Guo R.M., Zhong X.M., Wen X.H., Shen J. // Eur. J.Radiol. 2012, V.81, №9, P.2154-2160[101] Liao C.D., Zhang F., Guo R.M., Zhong X.M., Zhu J., Wen X.H., Shen J. // Radiology. 2012, V.262, №1, P.161-171[102] Li K., Qin J., Wang X., Xu Y., Shen Z., Lu X., Zhang G. // Cytotherapy. 2013, V.15, №10, P.1275-1285[103] Ugryumov M.V., Konovalov A.N., Gusev E.I. // Bulletin of the Russian Academy of Medical Sciences 2004, №11, P.8-17[104] Stadnikov A.A., Shevliuk N.N. // Morfologiia. 2006, V.130, №6, P.84-88[105] Barnabé-Heider F., Frisén J. // Cell Stem Cell. 2008, V.3, №1, P.16-24[106] Anisimov S.V. // Cell therapy for Parkinson’s disease // Adv. Gerontol. 2009, V.22, №3, P.418-439[107] Loseva E.V. // Neurocomputers: development, application. 2014, №7, P.32-44[108] Popov B.V. // Cellular mechanisms of regenerative capacity of mesenchymal stem cells, the role of the gene product of the retinoblastoma family. // St Petersburg: INC RAS, 2014 2014[109] Keilhoff G., Fansa H. // Exp. Neurology. 2011, V.232, №3, P.110-113[110] Pan Y., Cai S. // Mol. Cell Biochem. 2012, V.368, №1-2, P.127-135[111] Hu N., Wu H., Xue C., Gong Y., Wu J., Xiao Z., Yang Y., Ding F., Gu X. // Biomaterials. 2013, V.34, №1, P.100-111[112] Klopp A.H., Gupta A., Spaeth E., Andreeff M., Marini F. // Stem Cells. 2011, V.29, №1, P.11-19[113] Castellone M.D., Laatikainen L.E., Laurila J.P., Langella A., Hematti P., Soricelli A., Salvatore M., Laukkanen M.O. // Stem Cells. 2013, V.31, №6, P.1218-1223[114] Tian L.L., Yue W., Zhu F., Li S., Li W. // J. Cell. Physiol. 2011, V.226, №7, P.1860-1867[115] Chistyakova I.A., Poljanskaya G.G. // Tsitologiia. 2014, V.56, №11, P.801-808[116] Shi W., Yao J., Chen X., Lin W., Gu X., Wang X. // Artif. Cells Blood. Substit. Immobil. Biotechnol. 2010, V.38, №1, P.29-37[117] Loseva E.V., Podgornyĭ O.V., Poltavtseva R.A., Mareĭ M.V., Loginova N.A., Kurskaia O.V., Cukhikh G.T., Chaĭlakhian R.K., Aleksandrova M.A. // Ross. Fiziol. Zh. Im. I.M. Sechenova. 2011, V.97, №2, P.155-168[118] Braga-SilvaJ. I.O., GehlenD. I.O., PadoinA.V. I.O., MachadoD.C. I.O., GaricocheaB. I.O., CostadaCostaJ. I.O. // J. Hand. Surg. Eur . 2008, V.33, №4, P.488-493[119] Salafutdinov I.I., Masgutov R.F., Bogov A.A., Rizvanov A.A., Hannanova I.G., Mullin R.I., Bogov A.A. // The therapeutic potential of cell-stromal vascular fraction of adipose tissue in the regeneration of peripheral nerve defects // Stem cells and regenerative medicine / edited V.A.Tkachuka. Moscow: Max-press. 2012, P.70-71[120] Li Z., Qin H., Feng Z., Liu W., Zhou Y., Yang L., Zhao W., LiY. I.O. // Neural Regen. Res. 2013, V.8, №36, P.3441-3448[121] Boiko E.V., Bisaga G.N., Kovalenko A.V., Isaeva G.E., Kovalenko I.Yu., Novitsky A.V., Bukin S.V. // Vestnik Russian Military Medical Academy. 2014, №3, P.12-18[122] Widgerow A.D., Salibian A.A., Lalezari S., Evans G.R. // J. Neurosci. Res. 2013, V.19, №12, P.1517-1524