The last decades are characterized by intensive development of extracellular matrix (ECM) biology. ECM binds cells in an integral tissue and controls the cell functions – from proliferation and differentiation to migration and apoptosis. Bioactive properties of ECM provide the wide perspectives of using in bioengineering and regenerative medicine. In this context, the ECM production by decellularization of organs, tissues or cell cultures is a key technology. To date, a problem of a rapid and large-scale production of bioactive ECM by cultured cells remains very relevant. Optimization of the ECM deposition conditions by human endometrial mesenchymal stromal cells (MESCs) had not been studied yet. Here, we investigated an impact of macromolecular compounds (crowders) – ficoll and PEG on efficiency of crucial ECM proteins deposition depending on both concentration and molecular weight of crowders under normoxia and hypoxia. According to immunofluorescence analysis, among all studied crowders, ficoll 400 had a potent effect on the production of ECM core proteins – fibronectin, type IV collagen and, in a lower rate, type III collagen. The MESCs incubation under hypoxia promoted the formation of a properly organized ECM structure as well as increase in efficiency of ECM protein deposition. Of note, in these conditions ficoll 400 accelerated the ECM production only in а low serum medium. Together, combination of ficoll 400, low serum medium and hypoxia provides the optimal conditions for ECM synthesis. The present work demonstrates for the first time the phenomenon of macromolecular crowding in the context of improving the conditions for deposition and organization of ECM by MESCs.
Последние десятилетия отмечены интенсивным развитием биологии внеклеточного матрикса (ВКМ), контролирующего основные клеточные функции – от пролиферации и дифференцировки до миграции и апоптоза. Биоактивные свойства ВКМ открывают широкие перспективы его использования в биоинженерии и регенеративной медицине. В этом контексте ключевой технологией является получение ВКМ путем децеллюляризации органов, тканей или клеточных культур. Проблема быстрой наработки больших количеств биоактивных ВКМ культивируемых клеток для медицинских целей представляется весьма актуальной; вместе с тем, в отношении эндометриальных мезенхимных стромальных клеток человека (эМСК) вопрос остается открытым. С целью оптимизации условий продукции ВКМ культивируемыми эМСК мы изучили влияние макромолекулярных соединений (краудеров) – фиколла и полиэтиленгликоля – на эффективность депонирования белков ВКМ в зависимости от времени, концентрации и молекулярного веса краудеров в условиях нормоксии и гипоксии. Как показано методом иммунофлуоресценции, фиколл 400 наиболее эффективен для наработки ключевых компонентов матрикса – фибронектина, коллагена IV типа и в меньшей степени коллагена III типа. При сравнении нормоксических (20% О2) и гипоксических (3% О2) условий культивирования выявлено, что клетки продуцируют ВКМ с более развитой структурой при пониженной концентрации кислорода; существенно, что в этих условиях фиколл 400 способствует депонированию ВКМ только при низком содержании сыворотки в ростовой среде. Суммируя, можно заключить, что сочетание гипоксии, фиколла 400 и низкого содержания сыворотки в ростовой среде обеспечивает оптимальный способ продукции ВКМ. Мы впервые продемонстрировали феномен макромолекулярного краудинга в контексте улучшения депонирования и организации структуры ВКМ у эМСК.