Journal of Experimental and Clinical SurgeryJournal of Experimental and Clinical SurgeryВестник экспериментальной и клинической хирургии2070-478X2409-143XVoronezh State Medical University named after N.N. Burdenko163810.18499/2070-478X-2022-15-4-300-305Original articlesОригинальные статьиResearch ArticleStudy of Hematopoietic Stem Cells in Patients with Extensive BurnsИсследование гемопоэтических стволовых клеток у больных с обширными ожогамиhttps://orcid.org/0000-0002-0554-7094571944800017631-8050KozlovaMaria NikolaevnaКозловаМария Николаевна
Russian Federation

PhD, Senior Researcher of the Clinical Diagnostic Laboratory

кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник клинико-диагностической лаборатории

mnkozlova@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8867-534971030497387754-0336ZemskovVladimir MikhailovichЗемсковВладимир Михайлович
Russian Federation

MD, Professor, Chief Researcher of the Clinical Diagnostic Laboratory

доктор медицинских наук, профессор, главный научный сотрудник клинико-диагностической лаборатории

arturrego@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6675-47947202891064803-3939AlekseevAndrey AnatolyevichАлексеевАндрей Анатольевич
Russian Federation

MD, Professor, Deputy Director

Доктор медицинских наук, профессор, заместитель директора ФГБУ «НМИЦ хирургии им. А.В. Вишневского» Минздрава России

alexseev@ixv.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3187-4408569773895005611-4653DemidovaValentina SemenovaДемидоваВалентина Семеновна
Russian Federation

MD, Head of Clinical Diagnostic Laboratory

доктор биологических наук, заведующий клинико-диагностической лаборатории

demidova@ixv.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0600-6038571944818629773-1960ShishkinaNadezhda SemenovnaШишкинаНадежда Семеновна
Russian Federation

Junior Researcher of the Clinical Diagnostic Laboratory

младший научный сотрудник клинико-диагностической лаборатории

nadya-vesy@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5514-56006535-0560KulikovaAnna NikolaevnaКуликоваАнна Николаевна
Russian Federation

Doctor of Clinical Diagnostic Laboratory

врач клинико-диагностической лаборатории

shinshila72@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6725-4361ZemskovAndrey MikhailovichЗемсковАндрей Михайлович
Russian Federation

MD, Professor, Head of the Department of Microbiology

д.м.н., профессор, заведующий кафедрой микробиологии

zemskov@vsmaburdenko.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0926-611566026894924203-1718BobrovnikovAlexander EduardovichБобровниковАлександр Эдуардович
Russian Federation

MD, Docent, Head of the burn department

Доктор медицинских наук, доцент, заведующий ожоговым отделением

doctorbobr@mail.ruA.V. Vishnevsky National Medical Research Center of SurgeryФедеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр хирургии имени А. В. Вишневского» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииA.V. Vishnevsky National Medical Research Center of Surgery, Mosсow, RussiaФедеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр хирургии имени А. В. Вишневского» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Москва, РоссияFederal State Budgetary Educational Institution of Further Professional Education "Russian Medical Academy of Continuous Professional Education" of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, Mosсow, RussiaФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Москва, РоссияN.N. Burdenko Voronezh State Medical University,Voronezh, RussiaФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный медицинский университет имени Н. Н. Бурденко" Министерства здравоохранения Российской Федерации, Воронеж, Россия3112202215430030504082022Copyright ©; 2022, Voronezh N.N. Burdenko State Medical UniversityCopyright ©; 2022, ФГБОУ ВО ВГМУ им. Н.Н. Бурденко Минздрава России2022Voronezh N.N. Burdenko State Medical UniversityФГБОУ ВО ВГМУ им. Н.Н. Бурденко Минздрава Россииhttps://vestnik-surgery.com/journal/about/editorialPolicieshttps://vestnik-surgery.com/journal/article/view/1638

Introduction. Assessment of tissue regeneration, including that at the cellular and subcellular levels, appears to be one of the important trends in the complex treatment of patients with extensive burns. It is known that hematopoietic stem cells (HSCs) contribute to tissue restoration and regeneration through paracrine effects or direct cell differentiation, being a central component of post-burn anemia recovery and capable of forming not only blood cells, but also other types of cells. Notably, the role of these cells in burn injury has not been studied yet.The aim of the study was to investigate in dynamics the content of hematopoietic stem cells of different phenotypes in patients with extensive burns in the process of complex treatment. Methods. Hematopoietic stem cells and their subpopulations in peripheral blood samples were analyzed on a FACSCalibur flow cytometer (Becton Dickinson, USA) using the CellQuest program and CD45/CD34/CD38 and CD45/CD34/CD133 monoclonal antibody panels (BD, USA). The results obtained were statistically processed using the GraphPad Prism 7.0 program (USA), results were considered statistically significant at p<0.05.Results. Hematopoietic stem cells and their subpopulations were studied at different stages of the complex treatment in 25 patients with a large burn area, ​​more than 30% of the body surface. The comparison group consisted of 15 healthy volunteers. Upon admission to the Burn Center, a group of severely burned patients revealed a significant deep deficiency of both total HSCs CD45+34+ (p=0.0002) and their subpopulations CD45dim34+38+ (p=0.019), with predominantly early precursors of hematopoiesis CD45dim34+38- (p=0.0001) and CD45dim34+133+ (p=0.0002). In the course of the complex treatment, including surgical necrectomy and autodermoplasty of burn wounds, there was observed normalization of total HSCs CD45+34+ (0.05±0.012%, p=0.031) and a subpopulation of early HSCs CD45dim34+38- (0.039±0.009%, p=0.016) in 20 days of treatment in the group of burn patients. There was a significant increase of mature CD45dim34+133- HSCs (p=0.0380) as a result of treatment, while the deficit of the more differentiated population of CD45dim34+38+ HSCs did not fully recover (p=0.272).Conclusion. The firstly detected modulations in the content of hematopoietic stem cells of different phenotypes in patients with extensive burns may reflect the state of compensatory-adaptive reactions of hematopoiesis in the course of the complex treatment. The data obtained may support the predictive use of HSC subcellular markers to assess the regenerative potential in burn wounds healing, including that during staged surgical treatment and autodermoplasty, and to predict the development of local and general complications of burn disease.

Обоснование: Одним из важных направлений в комплексном лечении больных с обширными ожогами является оценка тканевой регенерации, в том числе на клеточном и субклеточном уровне. Известно, что гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) способствуют восстановлению и регенерации тканей через паракринные эффекты или прямую клеточную дифференцировку, являются центральным компонентом восстановления послеожоговой анемии и способны образовывать не только клетки крови, но и другие типы клеток. Причем анализ этих клеток при ожоговой травме совершенно не изучен.

Цель: исследование в динамике содержания гемопоэтических стволовых клеток разных фенотипов у пациентов с обширными ожогами в процессе комплексного лечения. Методы: анализ гемопоэтических стволовых клеток и их субпопуляций в образцах периферической крови выполняли на проточном цитофлуориметре FACSCalibur (Becton Dickinson, CША) с использованием программы CellQuest и панелей моноклональных антител CD45/CD34/CD38 и CD45/CD34/CD133 (BD, CША). Статистический анализ полученных результатов проводили с помощью программы GraphPad Prism 7.0 (США), достоверные результаты учтены при р<0,05.

Результаты: исследование гемопоэтических стволовых клеток и их субпопуляций выполнено на разных этапах комплексного лечения у 25 больных с обширной площадью ожогового поражения более 30% поверхности тела. Группу сравнения составили 15 здоровых добровольцев. При поступлении в Ожоговый центр у группы тяжелообожженных пациентов выявлен достоверный глубокий дефицит как общих ГСК CD45+34+ (р=0,0002) так и их субпопуляций CD45dim34+38+ (р=0,019), причем преимущественно ранних предшественников гемопоэза CD45dim34+38- (р=0,0001) и CD45dim34+133+ (р=0,0002). В процессе комплексного лечения, включая хирургическую некрэктомию и аутодермопластику ожоговых ран, на 20 сутки лечения в группе ожоговых больных отмечена нормализация общих ГСК CD45+34+ (0,05±0,012%, p=0,031) и субпопуляции ранних ГСК CD45dim34+38- (0,039±0,009%, p=0,016). Произошло достоверное возрастание в процессе лечения зрелых ГСК CD45dim34+133- (p=0,0380), при этом дефицит более дифференцированной популяции ГСК CD45dim34+38+ восстановился не полностью (р=0,272).

Заключение: впервые выявленные модуляции содержания гемопоэтических стволовых клеток разных фенотипов у пациентов с обширными ожогами могут отражать состояние компенсаторно-приспособительных реакций гемопоэза в процессе комплексного лечения. Полученные данные могут подтверждать предиктивное использование субклеточных маркеров ГСК для оценки регенераторного потенциала при заживлении ожоговых ран, в том числе в процессе этапного хирургического лечения и аутодермопластики, прогноза развития местных и общих осложнений ожоговой болезни.

burn diseasehematopoietic stem cellsregenerationожоговая болезньгемопоэтические стволовые клеткирегенерацияYastrebov AP, Grebnev DY, Maklakova IY. Stvolovye kletki, ich svoistva, istochnik obrazovania i rol v regenerativnoi medicine. Yekaterinburg. 2016; 282. (in Russ.)Ястребов А.П., Гребнев Д.Ю., Маклакова И.Ю. Стволовые клетки, их свойства, источники получения и роль в регенеративной медицине. Екатеринбург. 2016; 282.Yarygin KN. The role of resident and circulating stem cells in physiological and reparative regeneration. Patologicheskaia fiziologia i eksperimentalnaia terapia. 2008; 1: 2-7. (in Russ.)Ярыгин К.Н. Роль резидентных и циркулирующих стволовых клеток в физиологической и репаративной регенерации. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2008; 1: 2-7.Yushkov BG, Danilova IG, Kozakova IA. The role of stem cells in the regeneration of the liver and kidneys. Vestnick uralskoyi medizinskoyi akademicheskoyi nauki. 2013; 1: 43: 46-48. (in Russ.)Юшков Б.Г., Данилова И.Г., Козакова И.А. Роль стволовых клеток в регенерации печени и почек. Вестник уральской медицинской академической науки. 2013; 1: 43: 46-48.Baker KS, Bhatia S, Bunin N, Nieder M, Dvorak CC, Sung L …, et al. NCI, NHLBI first international consensus conference on late effects after pediatric hematopoietic cell transplantation: state of the science, future directions. Biol Blood Marrow Transplant. 2011; 17: 1424-1427. DOI: 10.1016 / j.bbmt.2011.06.007Armenian SH, Sun CL, Vase T, Ness КК, Blum E, Francisco L …, et al. Cardiovascular risk factors in hematopoietic cell transplantation survivors: role in development of subsequent cardiovascular disease. Blood. 2012; 120: 4505-4512. DOI: 10.1182/blood-2012-06-437178Kida A, McDonald GB. Gastrointestinal, hepatobiliary, pancreatic, and ironrelated diseases in longterm survivors of allogeneic hematopoietic cell transplantation. Seminars in hematology. 2012; 49: 1: 43-58. DOI: 10.1053/j.seminhematol.2011.10.006Zemskov VM, Pronko KN, Kozlova MN, Barsukov AА, Shishkina NS, Alekseyev AА. Overview of stem cells and their research in burn patients. International Journal of Current Research. 2018; 10: 01: 64731-64736.Brandt JE, Srour EF, Besien K, Hoffman R. Characterization of human hematopoietic stem cells. Prog Clin Biol Res. 1990; 352: 29-36.Kuçi S, Wessels JT, Bühring HJ, Schilbach K, Schumm M, Seitz G. Identification of a novel class of human adherent CD34-stem cells that give rise to SCI repopulating cells. Blood. 2003; 101: 3: 869-876. DOI: 10.1182/blood-2002-03-0711Sutherland DR, Stewart AK, Keating A. CD34 antigen: molecular features and potential clinical applications. Stem Cells. 1993; 3: 50-57. DOI: 10.1002/stem.5530110914Gallacher L, Murdoch B, Wu DM, Karanu FN, Keeney M, Bhatia M. Isolation and characterization of human CD34(-)Lin(-) and CD34(+)Lin(-) hematopoietic stem cells using cell surface markers AC133 and CD7. Blood. 2000; 95: 9: 2813–2820.Wang TY, Chang SJ, Chang MD, Wang HW. Unique biological properties and application potentials of CD34+ CD38- stem cells from various sources. Taiwan J Obstet Gynecol. 2009; 48: 356-369. DOI: 10.1016/S1028-4559(09)60324-7Pfenninger CV, Roschupkina T, Hertwig F, Kottwitz D, Englund E, Bengzon J. CD133 is not present on neurogenic astrocytes in the adult subventricular zone, but on embryonic neural stem cells, ependymal cells and glioblastoma cells. Cancer Research. 2007; 67: 12: 5727- 5736. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-07-0183