Несмотря на внедрение в клиническую практику широкого спектра хирургических методик лечения повреждений суставного хряща, на современном этапе развития медицины и биотехнологий поиск методов восстановления суставных поверхностей остается очень актуальной и нерешённой задачей. В последние годы все больше надежд связывают с разработкой клеточных методов восстановления гиалинового хряща, таких как аутологичная имплантация хондроцитов, имплантация клеточной культуры мезенхимальных стволовых клеток (МСК), в том числе с технологиями генной модификации клеток. Целью настоящего обзора было обобщение опубликованной в научной литературе информации о полученных на современном этапе результатах при разработке перспективных клеточных технологий восстановления суставного хряща. Первой клинически применяемой методикой для восстановления гиалинового хряща с использованием клеточных технологий считается аутологичная трансплантация хондроцитов, впервые осуществлённая группой шведских учёных в 1987 г. Однако пересаженная культура клеток характеризуется низким пролиферативным потенциалам и неспособностью сформировать устойчивый к повышенным физическим нагрузкам регенерат. Следующее поколение методик, появившееся на рубеже веков, использует вместо аутологичных хондроцитов мезенхимальные стволовые клетки, заготовка которых является менее инвазивной процедурой по сравнению с получением хондроцитов, а сама культура обладает повышенным пролиферативным потенциалом. Для надёжной фиксации клеток исследователи используют различные биодеградируемые носители (матрицы). Несмотря на хорошие клинические результаты, полученные в среднесрочной перспективе, с течением времени в результате клеточной де-дифференцировки имплантированная тканеинженерная конструкция деградирует. Следующим поколением методов, находящимся в стадии доклинических исследований, является предварительная хондрогенная модификация имплантированной клеточной культуры. Использование различных факторов роста, модифицированного клеточного продукта и гено-активирующих матриц, позволяет достичь стабильного синтеза регуляторных и ключевых белков, точечно повлиять на пролиферацию регенерата в хондрогенном направлении и, как следствие, сформировать полноценный гиалиновый хрящ, устойчивый во времени к большим физическим нагрузкам. Таким образом, разработка путей восстановления суставного хряща давно вышла за рамки интересов врачей клинических специальностей, и только тесное междисциплинарное взаимодействие клиницистов со специалистами в области клеточной биологии, молекулярной генетики, и, возможно, вирусологии позволит восстановить на месте дефекта полноценный гиалиновый хрящ.

The use of mesenchymal stromal cells (MSCs) for tissue engineering of hyaline cartilage is a topical area of regenerative medicine that has already entered clinical practice. The key stage of this procedure is to create conditions for chondrogenic differentiation of MSCs, increase the synthesis of hyaline cartilage extracellular matrix proteins by these cells and activate their proliferation. The first such works consisted in the indirect modification of cells, namely, in changing the conditions in which they are located, including microfracturing of the subchondral bone and the use of 3D biodegradable scaffolds. The most effective methods for modifying the cell culture of MSCs are protein and physical, which have already been partially introduced into clinical practice. Genetic methods for modifying MSCs, despite their effectiveness, have significant limitations. Techniques have not yet been developed that allow studying the effectiveness of their application even in limited groups of patients. The use of MSC modification methods allows precise regulation of cell culture proliferation, and in combination with the use of a 3D biodegradable scaffold, it allows obtaining a hyaline-like regenerate in the damaged area. This review is devoted to the consideration and comparison of various methods used to modify the cell culture of MSCs for their use in regenerative medicine of cartilage tissue.

Hyaline cartilage is a nonvascular connective tissue covering the joint surface. It consists mostly of the extracellular matrix proteins and a small number of highly differentiated chondrocytes. At present, various techniques for repairing joint surfaces damage, for example, the use of modified cell cultures and biodegradable scaffolds, are under investigation. Molecular mechanisms of cartilage tissue proliferation have been also actively studied in recent years. TGFβ3, which plays a critical role in the proliferation of normal cartilage tissue, is one of the most important protein among cytokines and growth factors affecting chondrogenesis. By interacting directly with receptors on the cell membrane surface, TGFβ3 triggers a cascade of molecular interactions involving transcription factor Sox9. In this review, we describe the effects of TGFβ3 on the receptor complex activation and subsequent intracellular trafficking of Smad proteins and analyze the relation between these processes and upregulation of expression of major extracellular matrix genes, such as col2a1 and acan.

Damage to the hyaline layer of the articular surface is an urgent problem for millions of people around the world. At present, a large number of experimental methods are being developed to address this problem, including the transplantation of a cell-engineered construct (CEC) composed of a biodegradable scaffold with a premixed cell culture into the damaged area of the articular surface. However, current methods for analyzing the effectiveness of such CECs have significant limitations. This study aimed to compare the SEM technique, classical histology, and cryosectioning for the analysis of CECs transplanted to hyaline cartilage.