Метаболическая гетерогенность мезенхимальных стволовых клеток зависит от плотности культивирования

Человеческие мезенхимальные стволовые клетки (МСК, или мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки, ММСК) характеризуются неоднородностью и включают субпопуляции, которые различаются способностью к пролиферации, мультипотентоностью и функциональными свойствами, что обычно демонстрируют, культивируя МСК при разной плотности. Целью данного исследования было изучение метаболических профилей различных субпопуляций МСК и проверка гипотезы, что клоногенная субпопуляция человеческих МСК, которая селективно представлена в культурах с клональной плотностью (10 клеток на 1 см2) и низкой плотностью (100 клеток на 1 см2), демонстрирует метаболический фенотип, отличающийся от фенотипа МСК в культурах со средней или высокой плотностью (1000 и 3000 клеток на 1 см2 соответственно).

Клетки, которые культивировали в условиях клональной и низкой плотности, демонстрировали выраженную экспрессию CD146 и более высокое содержание колоноеформирующих единиц-фибробластов (colony-forming unit fibroblasts, CFU-F), по сравнению с клетками МСК в культурах со средней или высокой плотностью. 

Определение общих метаболических профилей субпопуляций МСК с помощью газовой хроматографии - масс-спектрометрии экстракта клеток показало четкие различия между культурами с низкой и высокой плотностью, а также отличия в сопряжении гликолиза с циклом трикарбоновых кислот, которые зависили от плотности посева клеток. Метаболические ингибиторы выявили зависящие от плотности отличия в использовании гликолиза или окислительного фосфорилирования для образования АТФ, в метаболизме глутамина, в зависимости от пентозофосфатного пути для поддержания окислительно-восстановительного состояния клетки и чувствительности к экзогенным активным формам кислорода. Авторы также показали, что активное окислительное фосфорилирование не требуется для пролиферации в культуре с низкой плотностью. При этом активность окислительного фосфорилирования усиливает старение в культуре с высокой плотностью.

Полученные результаты продемонстрировали, что гетерогенность в культуре МСК существует на уровне первичного метаболизма. Уникальные метаболические характеристики клоногенной субпопуляции позволяют предложить новый подход к оптимизации in vitro экспансии человеческих мезенхимальных стволовых клеток.

Литература

Liu Y., Muñoz N., Bunnell B.A., Logan T.M., Ma T. 

Density-Dependent Metabolic Heterogeneity in Human Mesenchymal Stem Cells.Stem Cells. 2015 Aug 14. doi: 10.1002/stem.2097. [Epub ahead of print]

Абстракт