Використання мезенхімальних стромальних клітин в терапії захворювань опорно-рухового апарату: огляд літератури
DOI:
https://doi.org/10.63341/bmbr/1.2025.79Ключові слова:
стовбурові клітини, екзосоми, регенерація тканин, травматологія, ортопедіяАнотація
Швидкий розвиток методів отримання мультипотентних клітин-попередників, відомих як мезенхімальні стромальні/стовбурові клітини, з різноманітних тканин та органів людини сприяв прогресу у сфері клітинної терапії та регенеративної медицини. Метою цього дослідження став огляд сучасних наукових даних щодо використання мезенхімальних стромальних клітин у лікуванні травматичних і ортопедичних захворювань, а також ознайомлення клініцистів із викликами та перспективами їх клінічного застосування. У ході дослідження було проаналізовано джерела отримання мезенхімальних стромальних клітин, їхні характеристики та терапевтичний вплив при захворюваннях опорно-рухового апарату. Було встановлено, що ці клітини можуть використовуватися як в аутологічній, так і в алогенній формах завдяки їх здатності до диференціювання в остеобласти, хондроцити, теноцити, адипоцити та інші типи клітин, що сприяє регенерації ушкоджених тканин. Було підтверджено, що мезенхімальні стромальні клітини володіють паракринною активністю, продукуючи цитокіни та фактори росту, що забезпечує їх регенеративний і регуляторний вплив як in vitro, так і in vivo. Водночас було зазначено, що, попри значний терапевтичний потенціал, їх клінічне застосування пов’язане з низкою викликів, зокрема, питаннями імуносумісності, стабільності, гетерогенності, а також обмеженою здатністю до диференціювання та міграції. Було розглянуто перспективи подолання цих обмежень за допомогою безклітинних підходів, зокрема застосування екзосом, що виділяються мезенхімальними стромальними клітинами, та містять біологічно активні молекули мРНК, мікроРНК, білки та біоактивні ліпіди. Було відзначено, що ці компоненти сприяють клітинній проліферації, міграції, регенерації, імуномодуляції та ангіогенезу, що є перспективним напрямом у регенеративній медицині. Отримані результати можуть бути використані для подальшої розробки ефективних терапевтичних стратегій у регенеративній медицині, зокрема в ортопедії та травматології. Практичне значення дослідження полягає в удосконаленні підходів до клітинної терапії, спрямованих на відновлення уражених тканин, що може слугувати основою для майбутніх клінічних випробувань і подальшого впровадження в медичну практику
Отримано: 10.10.2024 | Переглянуто: 07.01.2025 | Прийнято: 25.02.2025
Посилання
Deng Z, Luo F, Lin Y, Luo J, Ke D, Song C, et al. Research trends of mesenchymal stem cells application in orthopedics: A bibliometric analysis of the past 2 decades. Front Public Health. 2022;10:1021818. DOI: 10.3389/fpubh.2022.1021818
Maldonado VV, Patel NH, Smith EE, Barnes CL, Gustafson MP, Rao RR, et al. Clinical utility of mesenchymal stem/stromal cells in regenerative medicine and cellular therapy. J Biol Eng. 2023;17(1):44. DOI: 10.1186/s13036-023-00361-9
Sandonà M, Di Pietro L, Esposito F, Ventura A, Silini AR, Parolini O, et al. Mesenchymal stromal cells and their secretome: New therapeutic perspectives for skeletal muscle regeneration. Front Bioeng Biotechnol. 2021;9:652970. DOI: 10.3389/fbioe.2021.652970
Wang Y, Fang J, Liu B, Shao C, Shi Y. Reciprocal regulation of mesenchymal stem cells and immune responses. Cell Stem Cell. 2022;29(11):1515–30. DOI: 10.1016/j.stem.2022.10.001
Tang J, Wang X, Lin X, Wu C. Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles: A regulator and carrier for targeting bone-related diseases. Cell Death Discov. 2024;10(1):212. DOI: 10.1038/s41420-024-01973-w
Costa LA, Eiro N, Fraile M, Gonzalez LO, Saá J, Garcia-Portabella P, et al. Functional heterogeneity of mesenchymal stem cells from natural niches to culture conditions: Implications for further clinical uses. Cell Mol Life Sci. 2021;78(2):447–67. DOI: 10.1007/s00018-020-03600-0
Zhang Y, Fan M, Zhang Y. Revolutionizing bone defect healing: The power of mesenchymal stem cells as seeds. Front Bioeng Biotechnol. 2024;12:1421674. DOI: 10.3389/fbioe.2024.1421674
Ossendorff R, Menon A, Schildberg FA, Randelli PS, Scheidt S, Burger C, et al. A worldwide analysis of adipose-derived stem cells and stromal vascular fraction in orthopedics: Current evidence and applications. J Clin Med. 2023;12(14):4719. DOI: 10.3390/jcm12144719
Kim KI, Kim MS, Kim JH. Intra-articular injection of autologous adipose-derived stem cells or stromal vascular fractions: Are they effective for patients with knee osteoarthritis? A systematic review with meta-analysis of randomized controlled trials. Am J Sports Med. 2022;51(3):837–48. DOI: 10.1177/03635465211053893
Chen J, Jiang C, Yin L, Liu Y, He Y, Li S, et al. A review of the role of tendon stem cells in tendon-bone regeneration. Med Sci Monit. 2023;29:e940805. DOI: 10.12659/MSM.940805
Grabovyi O, Nevmerzhytska N, Yaremenko L, Kostynskyi H, Demydchuk A, Kondaurova H. Mesenchymal stem cells: Diversity. Pathologia. 2023;20(1):76–84. DOI: 10.14739/2310-1237.2023.1.272938
Jiang Y, Tuan RS. Bioactivity of human adult stem cells and functional relevance of stem cell-derived extracellular matrix in chondrogenesis. Stem Cell Res Ther. 2023;14:160. DOI: 10.1186/s13287-023-03392-7
Frazier T, March K, Garza JR, Bunnell BA, Darr KF, Rogers E, et al. Non-homologous use of adipose-derived cell and tissue therapies: Osteoarthritis as a case study. Bone Rep. 2022;17:101601. DOI: 10.1016/j.bonr.2022.101601
Brown C, McKee C, Bakshi S, Walker K, Hakman E, Halassy S, et al. Mesenchymal stem cells: Cell therapy and regeneration potential. J Tissue Eng Regen Med. 2019;13(9):1738–55. DOI: 10.1002/term.2914
Da Silva Meirelles L, Bieback K, Bolontrade MF. Editorial: Current progress in mesenchymal stem/stromal cell research. Front Cell Dev Biol. 2021;9:658903. DOI: 10.3389/fcell.2021.658903
Dominici M, Le Blanc K, Mueller I, Slaper-Cortenbach I, Marini FC, Krause DS, et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 2006;8(4):315–7. DOI: 10.1080/14653240600855905
Zhou Q, Zhang JH, Yuan S, Shao JH, Cai ZY, Chen S, et al. A new insight of Kartogenin induced the mesenchymal stem cells (MSCs) selectively differentiate into chondrocytes by activating the bone morphogenetic protein 7 (BMP-7)/Smad5 pathway. Med Sci Monit. 2019;25:4960–7. DOI: 10.12659/MSM.916696
Fu HD, Wang HR, Li DH. BMP-7 accelerates the differentiation of rabbit mesenchymal stem cells into cartilage through the Wnt/β-catenin pathway. Exp Ther Med. 2017;14(6):5424–8. DOI: 10.3892/etm.2017.5210
Yang A, Lu Y, Xing J, Li Z, Yin X, Dou C, et al. IL-8 enhances therapeutic effects of BMSCs on bone regeneration via CXCR2-mediated PI3k/Akt signaling pathway. Cell Physiol Biochem. 2018;48(1):361–70. DOI: 10.1159/000491742
Kozlowska U, Krawczenko A, Futoma K, Jurek T, Rorat M, Patrzalek D, et al. Similarities and differences between mesenchymal stem/progenitor cells derived from various human tissues. World J Stem Cells. 2019;11(6):347–74. DOI: 10.4252/wjsc.v11.i6.347
Vaish A, Murrell W, Vaishya R. History of regenerative medicine in the field of orthopedics. J Arthrosc Surg Sport Med. 2020;1(1):154–8. DOI: 10.25259/JASSM_12_2020
Vaish A, Vaishya R. Stem cells in orthopaedics and sports injuries: A comprehensive review and future research directions. J Ortho Rep. 2024;3(4):100344. DOI: 10.1016/j.jorep.2024.100344
Konovalov S, Moroz V, Yoltukhivskyi M, Gadzhula N, Deryabina O, Kordium V. Comparative effects of mesenchymal stromal cells of various origins and sources on biochemical parameters in the hippocampus of rats during cerebral ischemia-reperfusion. Cell Organ Transpl. 2024;12(2):118–25. DOI: 10.22494/cot.v12i2.169
Konovalov S, Moroz V, Yoltukhivskyy M, Gadzhula N, Gusakova I, Deryabina O, et al. Therapeutic potential of mesenchymal stromal cells on morphological parameters in the hippocampus of rats with brain ischemia-reperfusion modeling. Rep Morphol. 2024;30(3):52–62. DOI: 10.31393/morphology-journal-2024-30(3)-06
Tronko M, Pushkarev V, Kovzun O, Sokolova L, Pushkarev V. Mesenchymal stem cells – the main resource of cell therapy. Use for diabetes mellitus treatment. Endokrynologia. 2022;27(3):214–35. DOI: 10.31793/1680-1466.2022.27-3.214
Moll G, Ankrum JA, Kamhieh-Milz J, Bieback K, Ringdén O, Volk HD, et al. Intravascular mesenchymal stromal/stem cell therapy product diversification: Time for new clinical guidelines. Trends Mol Med. 2019;25(2):149–63. DOI: 10.1016/j.molmed.2018.12.006
Moll G, Ankrum JA, Olson SD, Nolta JA. Improved MSC minimal criteria to maximize patient safety: A call to embrace tissue factor and hemocompatibility assessment of MSC products. Stem Cells Transl Med. 2022;11(1):2–13. DOI: 10.1093/stcltm/szab005
Maniar HH, Tawari AA, Suk M, Horwitz DS. The current role of stem cells in orthopaedic surgery. Malays Orthop J. 2015;9(3). DOI: 10.5704/MOJ.1511.016
Salazar-Noratto GE, Luo G, Denoeud C, Padrona M, Moya A, Bensidhoum M, et al. Understanding and leveraging cell metabolism to enhance mesenchymal stem cell transplantation survival in tissue engineering and regenerative medicine applications. Stem Cells. 2020;38(1):22–33. DOI: 10.1002/stem.3079
Hade MD, Suire CN, Suo Z. Mesenchymal stem cell-derived exosomes: Applications in regenerative medicine. Cells. 2021;10(8):1959. DOI: 10.3390/cells10081959
Maqsood M, Kang M, Wu X, Chen J, Teng L, Qiu L. Adult mesenchymal stem cells and their exosomes: Sources, characteristics, and application in regenerative medicine. Life Sci. 2020;256:118002. DOI: 10.1016/j.lfs.2020.118002
Gerami MH, Khorram R, Rasoolzadegan S, Mardpour S, Nakhaei P, Hashemi S, et al. Emerging role of mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) and MSCs-derived exosomes in bone- and joint-associated musculoskeletal disorders: A new frontier. Eur J Med Res. 2023;28:86. DOI: 10.1186/s40001-023-01034-5
Hoang DH, Nguyen TD, Nguyen HP, Nguyen XH, Do PTX, Dang VD, et al. Differential wound healing capacity of mesenchymal stem cell-derived exosomes originated from bone marrow, adipose tissue and umbilical cord under serum- and xeno-free condition. Front Mol Biosci. 2020;7:119. DOI: 10.3389/fmolb.2020.00119
Porcu C, Dobrowolny G, Scicchitano BM. Exploring the role of extracellular vesicles in skeletal muscle regeneration. Int J Mol Sci. 2024;25(11):5811. DOI: 10.3390/ijms25115811
Bagno LL, Salerno AG, Balkan W, Hare JM. Mechanism of action of mesenchymal stem cells (MSCs): Impact of delivery method. Expet Opin Biol Ther. 2022;22(4):449–63. DOI: 10.1080/14712598.2022.2016695
Im GI. Clinical use of stem cells in orthopaedics. Eur Cell Mater. 2017;33:183–96. DOI: 10.22203/eCM.v033a14
Zhou Z, Guo C, Sun X, Ren Z, Tao J. Extracellular vesicles secreted by TGF-β1-treated mesenchymal stem cells promote fracture healing by SCD1-regulated transference of LRP5. Stem Cell Int. 2023;2023:4980871. DOI: 10.1155/2023/4980871
Berebichez-Fridman R, Montero-Olvera PR. Sources and clinical applications of mesenchymal stem cells: State-of-the-art review. Sultan Qaboos Univ Med J. 2018;18(3):e264–77. DOI: 10.18295/squmj.2018.18.03.002
Berebichez-Fridman R, Gómez-García R, Granados-Montiel J, Berebichez-Fastlicht E, Olivos-Meza A, Granados J, et al. The holy grail of orthopedic surgery: Mesenchymal stem cells-their current uses and potential applications. Stem Cells Int. 2017;2017:2638305. DOI: 10.1155/2017/2638305
Theodosaki AM, Tzemi M, Galanis N, Bakopoulou A, Kotsiomiti E, Aggelidou E, et al. Bone regeneration with mesenchymal stem cells in scaffolds: Systematic review of human clinical trials. Stem Cell Rev Rep. 2024;20(4):938–66. DOI: 10.1007/s12015-024-10696-5
Lucarelli E, Donati D, Cenacchi A, Fornasari PM. Bone reconstruction of large defects using bone marrow derived autologous stem cells. Transfus Apher Sci. 2004;30(2):169–74. DOI: 10.1016/j.transci.2003.11.008
Liu Y, Kuang B, Rothrauff BB, Tuan RS, Lin H. Robust bone regeneration through endochondral ossification of human mesenchymal stem cells within their own extracellular matrix. Biomaterials. 2019;218:119336. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2019.119336
Dufrane D. Impact of age on human adipose stem cells for bone tissue engineering. Cell Transplant. 2017;26(9):1496–504. DOI: 10.1177/0963689717721203
Pawar N, Vaish A, Vaishya R. Core decompression and bone marrow aspirate concentrate injection for Avascular Necrosis (AVN) of the femoral head: A scoping review. J Clin Orthop Trauma. 2021;24:101691. DOI: 10.1016/j.jcot.2021.101691
Im GI. Stem cells for reutilization in bone regeneration. J Cell Biochem. 2015;116(4):487–93. DOI: 10.1002/jcb.25027
Lukomska B, Stanaszek L, ZubaSurma E, Legosz P, Sarzynska S, Drela K. Challenges and controversies in human mesenchymal stem cell therapy. Stem Cells Int. 2019;2019:9628536. DOI: 10.1155/2019/9628536
Le H, Xu W, Zhuang X, Chang F, Wang Y, Ding J. Mesenchymal stem cells for cartilage regeneration. J Tissue Eng. 2020;11. DOI: 10.1177/2041731420943839
Xia D, Wu J, Zhou F, Wang S, Zhang Z, Zhou P, et al. Mapping thematic trends and analysing hotspots concerning the use of stem cells for cartilage regeneration: A bibliometric analysis from 2010 to 2020. Front Pharmacol. 2021;12:737939. DOI: 10.3389/fphar.2021.737939
Rodeo S. Stem cells 101. Amer J Sports Med. 2021;49(6):1417–20. DOI: 10.1177/03635465211011082
Pers YM, Ruiz M, Noël D, Jorgensen C. Mesenchymal stem cells for the management of inflammation in osteoarthritis: State of the art and perspectives. Osteoarthr Cartil. 2015;23(11):2027–35. DOI: 10.1016/j.joca.2015.07.004
Saw KY, Anz A, Merican S, Tay YG, Ragavanaidu K, Jee CSY, et al. Articular cartilage regeneration with autologous peripheral blood progenitor cells and hyaluronic acid after arthroscopic subchondral drilling: A report of 5 cases with histology. Arthroscopy. 2011;27(4):493–506. DOI: 10.1016/j.arthro.2010.11.054
Fishchenko V, Gavrilyuk A, Rosha L, Botsul O, Bevz V, Sukhan D, et al. Reparative chondrogenesis at rats shinbone proximal epiphyphis traumatic injury with the use of Warton drugs star cells mezenchenichemis in the experiment. World Med Biol. 2021;3(77):249–54. DOI: 10.26724/2079-8334-2021-3-77-249-254
Fishchenko O, Mammadov L. Possibilities of using adipose tissue-derived stem cells in deforming osteoarthritis of the knee joint. Bull Probl Biol Med. 2022;1(163):167–71. DOI: 10.29254/2077-4214-2022-1-163-167-171
Davatchi F, Sadeghi Abdollahi B, Mohyeddin M, Nikbin B. Mesenchymal stem cell therapy for knee osteoarthritis: 5 years follow-up of three patients. Int J Rheum Dis. 2016;19(3):219–25. DOI: 10.1111/1756-185X.12670
Screpis D, Natali S, Farinelli L, Piovan G, Iacono V, de Girolamo L, et al. Autologous microfragmented adipose tissue for the treatment of knee osteoarthritis: Real-world data at two years follow-up. J Clin Med. 2022;11(5):1268. DOI: 10.3390/jcm11051268
Čamernik K, Mihelič A, Mihalič R, Marolt Presen D, Janež A, Trebše R, et al. Skeletal-muscle-derived mesenchymal stem/stromal cells from patients with osteoarthritis show superior biological properties compared to bone-derived cells. Stem Cell Res. 2019;38:101465. DOI: 10.1016/j.scr.2019.101465
Vadhan A, Gupta T, Hsu WL. Mesenchymal stem cell-derived exosomes as a treatment option for osteoarthritis. Int J Mol Sci. 2024;25(17):9149. DOI: 10.3390/ijms25179149
Kawata K, Koga H, Tsuji K, Miyatake K, Nakagawa Y, Yokota T, et al. Extracellular vesicles derived from mesenchymal stromal cells mediate endogenous cell growth and migration via the CXCL5 and CXCL6/CXCR2 axes and repair menisci. Stem Cell Res Ther. 2021;12(1):414. DOI: 10.1186/s13287-021-02481-9
Hajiesmailpoor A, Mohamadi O, Farzanegan G, Emami P, Ghorbani M. Overview of stem cell therapy in intervertebral disc disease: Clinical perspective. Curr Stem Cell Res Ther. 2023;18(5):595–607. DOI: 10.2174/1574888X17666220628123912
Montemurro N, Pierozzi E, Inchingolo AM, Pahwa B, De Carlo A, Palermo A, et al. New biograft solution, growth factors and bone regenerative approaches in neurosurgery, dentistry, and orthopedics: A review. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2023;27(16):7653–64. DOI: 10.26355/eurrev_202308_33419
Nedunchezian S, Banerjee P, Lee CY, Lee SS, Lin CW, Wu CW, et al. Generating adipose stem cell-laden hyaluronic acid-based scaffolds using 3D bioprinting via the double crosslinked strategy for chondrogenesis. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021;124:112072. DOI: 10.1016/j.msec.2021.112072
Zhang Y, Liu S, Guo W, Wang M, Hao C, Gao S, et al. Human umbilical cord Wharton’s jelly mesenchymal stem cells combined with an acellular cartilage extracellular matrix scaffold improve cartilage repair compared with microfracture in a caprine model. Osteoarthr Cartil. 2018;26(7):954–65. DOI: 10.1016/j.joca.2018.01.019
Wang G, Cao K, Liu K, Xue Y, Roberts AI, Li F, et al. Kynurenic acid, an IDO metabolite, controls TSG-6-mediated immunosuppression of human mesenchymal stem cells. Cell Death Differ. 2018;25(7):1209–23. DOI: 10.1038/s41418-017-0006-2
Wang Z, Han L, Sun T, Wang W, Li X, Wu B. Construction of tissue-engineered bone with differentiated osteoblasts from adipose-derived stem cell and coral scaffolds at an ectopic site. Br J Oral Maxillofac Surg. 2021;59(1):46–51. DOI: 10.1016/j.bjoms.2020.07.006
Jiang L, Lu J, Chen Y, Lyu K, Long L, Wang X, et al. Mesenchymal stem cells: An efficient cell therapy for tendon repair (review). Int J Mol Med. 2023;52(2):70. DOI: 10.3892/ijmm.2023.5273
Wang Y, He G, Guo Y, Tang H, Shi Y, Bian X, et al. Exosomes from tendon stem cells promote injury tendon healing through balancing synthesis and degradation of the tendon extracellular matrix. J Cell Mol Med. 2019;23(8):5475–85. DOI: 10.1111/jcmm.14430
Ogata Y, Mabuchi Y, Shinoda K, Horiike Y, Mizuno M, Otabe K, et al. Anterior cruciate ligament-derived mesenchymal stromal cells have a propensity to differentiate into the ligament lineage. Regen Ther. 2018;8:20–8. DOI: 10.1016/j.reth.2017.12.001
Khoury M, Tabben M, Rolón AU, Levi L, Chamari K, D’Hooghe P. Promising improvement of chronic lateral elbow tendinopathy by using adipose derived mesenchymal stromal cells: A pilot study. J Exp Orthop. 2021;8(1):6. DOI: 10.1186/s40634-020-00320-z
Ellera Gomes JL, da Silva RC, Silla LMR, Abreu MR, Pellanda R. Conventional rotator cuff repair complemented by the aid of mononuclear autologous stem cells. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2012;20(2):373–7. DOI: 10.1007/s00167-011-1607-9
Xue J, Liu Y. Mesenchymal stromal/stem cell (MSC)-based vector biomaterials for clinical tissue engineering and inflammation research: A narrative mini review. J Inflamm Res. 2023;16:257–67. DOI: 10.2147/JIR.S396064
AlonsoGoulart V, Carvalho LN, Marinho ALG, de Oliveira Souza BL, de Aquino Pinto Palis G, Lage HGD, et al. Biomaterials and adiposederived mesenchymal stem cells for regenerative medicine: A systematic review. Materials. 2021;14(16):4641. DOI: 10.3390/ma14164641
Tran C, Damaser MS. Stem cells as drug delivery methods: Application of stem cell secretome for regeneration. Adv Drug Deliv Rev. 2015;82–83:1–11. DOI: 10.1016/j.addr.2014.10.007
He J, Zhang N, Zhu Y, Jin R, Wu F. MSC spheroids-loaded collagen hydrogels simultaneously promote neuronal differentiation and suppress inflammatory reaction through PI3K-Akt signaling pathway. Biomaterials. 2021;265:120448. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2020.120448
Mastrolia I, Foppiani EM, Murgia A, Candini O, Samarelli AV, Grisendi G, et al. Challenges in clinical development of mesenchymal stromal/stem cells: Concise review. Stem Cells Transl Med. 2019;8(11):1135–48. DOI: 10.1002/sctm.19-0044
Zhou T, Yuan Z, Weng J, Pei D, Du X, He C, et al. Challenges and advances in clinical applications of mesenchymal stromal cells. J Hematol Oncol. 2021;14(1):24. DOI: 10.1186/s1304502101037x
Blandinières A, Randi AM, Paschalaki KE, Guerin CL, Melero-Martin JM, Smadja DM. Results of an international survey about methods used to isolate human endothelial colony-forming cells: Guidance from the SSC on Vascular Biology of the ISTH. J Thromb Haemostasis. 2023;21(9):2611–9. DOI: 10.1016/j.jtha.2023.06.014
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Вісник медичних і біологічних досліджень

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.











