Biopolym. Cell. 2026; 42(3):182-193.
https://doi.org/10.7124/bc.000BB9
Молекулярна та клітинна біотехнології
Порівняльний аналіз продукції позаклітинних везикул мезенхімальними стовбуровими клітинами різного тканинного походження в умовах безсироваткового культивування
1, 2Хмельницька Ю. М., 1Пихтєєв Д. М., 1Мельник А. С., 1Юр’єв Б. В., 2Кордюм В. А., 1Гуменюк М. І.
  1. Біотехнологічна лабораторія Банку пуповинної крові,
    тканин та інших клітин людини БЮ "Реоцелл"
    вул. Амосова, 10, Київ, Україна, 03141
  2. Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
    Вул. Академіка Заболотного, 150, Київ, Україна, 03143

Abstract

Вступ. Мезенхімальні стовбурові клітини (МСК) є джерелом біологічно активного секретому з позаклітин- ними везикулами (ПВ), які мають регенеративний та імуномодулюючий потенціал. Проте їх характеристики залежать від походження МСК та умов культивування. Методи. МСК, отримані з жирової тканини (ADMSC), пуповинного канатика (UC-MSC), менструальної крові (EN-MSC) та тканин похідних нервового гребня (NC-MSC) культивували в безсироваткових умовах протягом 8 діб. Концентрацію та розмір ПВ визначали методом проточної цитометрії. Загальний білок, IL-6, TGF-β1, VEGF та M-CSF визначали в кондиціонованому середовищі, збідненому на ПВ. Експресію CD9, CD63 та CD81 визначали імуноцитохімічно. Результати. Усі культури МСК зберігали високу життєздатність (>97%). Найвищу продукцію ПВ продемонстрували UC-MSC (89,7 × 109 ПВ/мл; 4,62 × 105 ПВ/клітину), далі EN-MSC, AD-MSC та NC-MSC. У всіх зразках переважали ПВ розміром 40–80 нм. UC-MSC характеризувалися підвищеними рівнями IL-6 та TGF-β1, тоді як AD-MSC — вищими рівнями VEGF та M-CSF. Концентрація загального білка не корелювала з кількістю ПВ. Висновки. ПВ, що продукуються МСК, опосередковують їх паракринні ефекти, однак їх характеристики залежать від джерела клітин. UC-MSC є найбільш ефективним джерелом для масштабного отримання ПВ, тоді як AD-MSC мають переваги для ангіогенних та імуномодулюючих застосувань. Отримані результати обґрунтовують раціональний вибір джерела МСК залежно від цільового застосування ПВ.
Keywords: мезенхімальні стовбурові клітини, позаклітинні везикули, безсироваткове культивування, секретом
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Patel DM, Shah J, Srivastava AS. Therapeutic potential of mesenchymal stem cells in regenerative medicine. Stem Cells Int. 2013; 2013:1-15.
[2] Dabrowska S, Andrzejewska A, Janowski M, Lukomska B. Immunomodulatory and regenerative effects of mesenchymal stem cells and extracellular vesicles: therapeutic outlook for inflammatory and degenerative diseases. Front Immunol. 2021; 11:591065.
[3] Trigo CM, Rodrigues JS, Camões SP, Solá S, Miranda JP. Mesenchymal stem cell secretome for regenerative medicine: Where do we stand? J Adv Res. 2025; 70:103-24.
[4] Welsh JA, Goberdhan DCI, O'Driscoll L, Buzas EI, Blenkiron C, Bussolati B, Cai H, Di Vizio D, Driedonks TAP, Erdbrügger U, Falcon-Perez JM, Fu QL, Hill AF, Lenassi M, Lim SK, Mahoney MG, Mohanty S, Möller A, Nieuwland R, Ochiya T, Sahoo S, Torrecilhas AC, Zheng L, Zijlstra A, Abuelreich S, Bagabas R, Bergese P, Bridges EM, Brucale M, Burger D, Carney RP, Cocucci E, Crescitelli R, Hanser E, Harris AL, Haughey NJ, Hendrix A, Ivanov AR, Jovanovic-Talisman T, Kruh-Garcia NA, Ku'ulei-Lyn Faustino V, Kyburz D, Lässer C, Lennon KM, Lötvall J, Maddox AL, Martens-Uzunova ES, Mizenko RR, Newman LA, Ridolfi A, Rohde E, Rojalin T, Rowland A, Saftics A, Sandau US, Saugstad JA, Shekari F, Swift S, Ter-Ovanesyan D, Tosar JP, Useckaite Z, Valle F, Varga Z, van der Pol E, van Herwijnen MJC, Wauben MHM, Wehman AM, Williams S, Zendrini A, Zimmerman AJ; MISEV Consortium; Théry C, Witwer KW. Minimal information for studies of extracellular vesicles (MISEV2023): From basic to advanced approaches. J Extracell Vesicles. 2024; 13(2):e12404.
[5] Zou Y, Zhou Y, Li G, Dong Y, Hu S. Clinical applications of extracellular vesicles: recent advances and emerging trends. Front Bioeng Biotechnol. 2025; 13:1671963. doi: 10.3389/fbioe.2025.1671963.
[6] Gowen A, Shahjin F, Chand S, Odegaard KE, Yelamanchili SV. Mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles: challenges in clinical applications. Front Cell Dev Biol. 2020; 8:149.
[7] Yoo MH, Lee AR, Moon KS. Characteristics of extracellular vesicles and preclinical testing considerations prior to clinical applications. Biomedicines. 2022; 10(4):869.
[8] Leyk S, Liebold I, Lanzloth C, Richardt U, Kux JM, Kilian C, Moritz M, Gocke A, Meyer S, Höhn K, Honecker B, Haas H, Böttcher M, Weidemann S, Kind S, Schlüter H, Metwally NG, Adlung L, Sáez PJ, Jacobs T, Ruckdeschel K, Bosurgi L. Extracellular vesicle properties and functions are defined by the originating cell's fitness status. J Extracell Biol. 2026; 5(2):e70115.
[9] Doyle LM, Wang MZ. Overview of extracellular vesicles, their origin, composition, purpose, and methods for exosome isolation and analysis. Cells. 2019; 8(7):727.
[10] Gong S, Li N, Peng Q, Wang F, Du R, Zhang B, Wang J, Han L, Zhang Y, Ning Z, Tan S, Gu Y, Wu L. A scalable platform for EPSC-Induced MSC extracellular vesicles with therapeutic potential. Stem Cell Res Ther. 2025; 16(1):426.
[11] Ding Z, Greenberg ZF, Serafim MF, Ali S, Jamieson JC, Traktuev DO, March K, He M. Understanding molecular characteristics of extracellular vesicles derived from different types of mesenchymal stem cells for therapeutic translation. Extracell Vesicle. 2024; 3:100034.
[12] Almeria C, Kreß S, Weber V, Egger D, Kasper C. Heterogeneity of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles is highly impacted by the tissue/cell source and culture conditions. Cell Biosci. 2022; 12(1):51.
[13] Li C, Hu Y. Extracellular Vesicles Derived from Mesenchymal Stem Cells as Cell-Free Therapy for Intrauterine Adhesion. Int J Stem Cells. 2023; 16(3):260-8.
[14] Ventura A, Libonati A, Marcozzi S, Ucci MA, Salvatore G, Galgani A, Pirrò S, Massimiani M, Picozza M, Russo R, Vumbaca S, Farini D, Chambery A, Borsellino G, De Felici M, Klinger FG, Campanella V, Camaioni A. Comparative analysis of human Mesenchymal Stromal Cells from Adipose Tissue and Dental Pulp: phenotypic characterization and secretome profiling. Biol Direct. 2025; 20(1):111.
[15] Ragni E, Papait A, Taiana MM, Luca P, Grieco G, Vertua E, Romele P, Silini AR, Parolini O, de Girolamo L. Comparative analysis of adipose-, bone marrow-, and amniotic membrane-derived MSC secretomes and EVs reveals shared and source-specific therapeutic signatures for osteoarthritis. Extracell Vesicles Circ Nucl Acids. 2025; 6(4):1079-99.
[16] Zhang WY, Wang HB, Deng CY. Advances in human umbilical cord mesenchymal stem cells-derived extracellular vesicles and biomaterial assemblies for endometrial injury treatment. World J Stem Cells. 2025; 17(1):97905.
[17] Karttunen J, Heiskanen M, Joki T, Hyysalo A, Navarro-Ferrandis V, Miettinen S, Narkilahti S, Pitkänen A. Effect of cell culture media on extracellular vesicle secretion from mesenchymal stromal cells and neurons. Eur J Cell Biol. 2022; 101(4):151270.
[18] Kang M, Yang Y, Zhang H, Zhang Y, Wu Y, Denslin V, Othman RB, Yang Z, Han J. Comparative Analysis of Serum and Serum-Free Medium Cultured Mesenchymal Stromal Cells for Cartilage Repair. Int J Mol Sci. 2024; 25(19):10627.
[19] Calascibetta F, Martorana A, Lo Pinto M, Carcione C, D'Arpa S, Amico G, Miceli V, Cuscino N, Iannolo G, Volpe L, Scilabra SD, Conaldi PG, Chinnici CM. GMP-compliant, serum-free cultures preserve therapeutic potential of extracellular vesicles from human mesenchymal stromal cells. Front Cell Dev Biol. 2025; 13:1633912.
[20] Figueroa-Valdés AI, de la Fuente C, Hidalgo Y, Vega-Letter AM, Tapia-Limonchi R, Khoury M, Alcayaga-Miranda F. A Chemically Defined, Xeno- and Blood-Free Culture Medium Sustains Increased Production of Small Extracellular Vesicles From Mesenchymal Stem Cells. Front Bioeng Biotechnol. 2021; 9:619930.
[21] Shin J, Rhim J, Kwon Y, Choi SY, Shin S, Ha CW, Lee C. Comparative analysis of differentially secreted proteins in serum-free and serum-containing media by using BONCAT and pulsed SILAC. Sci Rep. 2019; 9(1):3096.
[22] Dalirfardouei R, Jamialahmadi K, Mahdipour E. A feasible method for the isolation of mesenchymal stem cells from menstrual blood and their exosomes. Tissue Cell. 2018; 55:53-62.
[23] Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ. Protein measurement with the Folin phenol reagent. J Biol Chem. 1951; 193(1):265-75.
[24] Haraszti RA, Miller R, Dubuke ML, Rockwell HE, Coles AH, Sapp E, Didiot MC, Echeverria D, Stoppato M, Sere YY, Leszyk J, Alterman JF, Godinho BMDC, Hassler MR, McDaniel J, Narain NR, Wollacott R, Wang Y, Shaffer SA, Kiebish MA, DiFiglia M, Aronin N, Khvorova A. Serum deprivation of mesenchymal stem cells improves exosome activity and alters lipid and protein composition. iScience. 2019; 16:230-41.
[25] Pols MS, Klumperman J. Trafficking and function of the tetraspanin CD63. Exp Cell Res. 2009; 315(9):1584-92.
[26] Garcia-Martin R, Brandao BB, Thomou T, Altindis E, Kahn CR. Tissue differences in the exosomal/small extracellular vesicle proteome and their potential as indicators of altered tissue metabolism. Cell Rep. 2022; 38(3):110277.
[27] Okada-Tsuchioka M, Kajitani N, Omori W, Kurashige T, Boku S, Takebayashi M. Tetraspanin heterogeneity of small extracellular vesicles in human biofluids and brain tissue. Biochem Biophys Res Commun. 2022; 627:146-51.
[28] Tognoli ML, Dancourt J, Bonsergent E, Palmulli R, de Jong OG, Van Niel G, Rubinstein E, Vader P, Lavieu G. Lack of involvement of CD63 and CD9 tetraspanins in the extracellular vesicle content delivery process. Commun Biol. 2023; 6(1):532.
[29] Tan L, Liu X, Dou H, Hou Y. Characteristics and regulation of mesenchymal stem cell plasticity by the microenvironment-specific factors involved in the regulation of MSC plasticity. Genes Dis. 2020; 9(2):296-309.
[30] Sankaranarayanan J, Kim HK, Kang JY, Kuppa SS, Yang HY, Seon JK. Comparative efficacy of exosomes derived from different mesenchymal stem cell sources in osteoarthritis models: an in vitro and ex vivo analysis. Int J Mol Sci. 2025; 26(12):5447.
[31] van Niel G, D'Angelo G, Raposo G. Shedding light on the cell biology of extracellular vesicles. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018; 19(4):213-28.
[32] Jiao YR, Chen KX, Tang X, Tang YL, Yang HL, Yin YL, Li CJ. Exosomes derived from mesenchymal stem cells in diabetes and diabetic complications. Cell Death Dis. 2024; 15(4):271.
[33] Hodgson-Garms M, Moore MJ, Martino MM, Kelly K, Frith JE. Proteomic profiling of iPSC and tissue-derived MSC secretomes reveal a global signature of inflammatory licensing. NPJ Regen Med. 2025; 10(1):7.
[34] Khmelnytska YM, Pykhtieiev DM, Yuriev BV, Svoboda MF, Gumeniuk MI. Comparative analysis of methods for the purification of extracellular vesicle suspensions from human mesenchymal stem cell culture. Biopolym Cell. 2025; 41(3):200-9.
[35] Liam-Or R, Faruqu FN, Walters A, Han S, Xu L, Wang JT, Oberlaender J, Sanchez-Fueyo A, Lombardi G, Dazzi F, Mailaender V, Al-Jamal KT. Cellular uptake and in vivo distribution of mesenchymal-stem-cell-derived extracellular vesicles are protein corona dependent. Nat Nanotechnol. 2024; 19(6):846-55.
[36] Soukup R, Gerner I, Mohr T, Gueltekin S, Grillari J, Jenner F. Mesenchymal stem cell conditioned medium modulates inflammation in tenocytes: complete conditioned medium has superior therapeutic efficacy than its extracellular vesicle fraction. Int J Mol Sci. 2023; 24(13):10857.
[37] Ye X, Huang W, Chen S, Huang F, He Y. Harnessing MSCs plasticity: mechanisms and determinants of bidirectional immune regulation in stem-cell-based immunotherapy. Stem Cell Res Ther. 2026; 17(1):77.
[38] Deng Z, Fan T, Xiao C, Tian H, Zheng Y, Li C, He J. TGF-β signaling in health, disease, and therapeutics. Signal Transduct Target Ther. 2024; 9(1):61.
[39] Prado-Yupanqui JW, Ramírez-Orrego L, Cortez D, Vera-Ponce VJ, Chenet SM, Tejedo JR, Tapia-Limonchi R. The hidden power of the secretome: therapeutic potential on wound healing and cell-free regenerative medicine-a systematic review. Int J Mol Sci. 2025; 26(5):1926.
[40] Zhang K, Li F, Yan B, Xiao DJ, Wang YS, Liu H. Comparison of the cytokine profile in mesenchymal stem cells from human adipose, umbilical cord, and placental tissues. Cell Reprogram. 2021; 23(6):336-48.
[41] Giannasi C, Cadelano F, Della Morte E, Baserga C, Mazzucato C, Niada S, Baj A. Unlocking the therapeutic potential of adipose-derived stem cell secretome in oral and maxillofacial medicine: a composition-based perspective. Biology (Basel). 2024; 13(12):1016.
[42] He J, Shan S, Jiang T, Zhou S, Qin J, Li Q, Yu Z, Cao D, Fang B. Mechanical stretch preconditioned adipose-derived stem cells elicit polarization of anti-inflammatory M2-like macrophages and improve chronic wound healing. FASEB J. 2024; 38(10):e23626.