Влияние мезенхимальных стволовых клеток и их производных на качественные показатели спермы животных до и после криоконсервации (обзор)

При криоконсервации спермы происходит повреждение сперматозоидов вследствие осмотического стресса, что влечет за собой отклонения в ДНК и деформацию хвоста сперматозоида. Для минимизации деструктивных изменений в клетках применяют антиоксиданты или криопротекторные среды, дополненные питательными компонентами. Многочисленными исследованиями установлено, что использование мезенхимальных стволовых клеток и их секретов увеличивает процент жизнеспособных и подвижных сперматозоидов. Также многие из растворимых секреторных факторов мезенхимальных стволовых клеток могут находиться во внеклеточных везикулах и действовать как медиаторы многих паракринных действий мезенхимальных стволовых клеток. Они играют роль транспортных средств для вытеснения нежелательных клеточных белков, но данные разных авторов продемонстрировали их потенциальную роль во многих биологических процессах, включая вклад в регенерацию клеток, выживание и изменение фенотипа клеток-реципиентов. Прикрепление или интернализация микровезикул в клетках-мишенях вызывает широкий спектр эпигенетических и фенотипических изменений в клетках-реципиентах, таких как изменение жизнеспособности клеток-реципиентов, их адгезионных свойств и чувствительности или устойчивости к определенным факторам окружающей среды. Специфическое нацеливание на сперматозоиды с помощью микровезикул может рассматриваться как эффективный биологический подход для поддержания и повышения качества сперматозоидов, в перспективе способно улучшать их жизнеспособность и параметры прогрессивной подвижности после криоконсервации. Широкий терапевтический эффект мезенхимальных стволовых клеток и секретируемых ими биологически активных веществ требует дальнейших исследований для включения в протоколы заморозки спермы с целью преодоления существующих ограничений, связанных с их применением, и выяснения точных механизмов их действия. Дальнейшие эксперименты, в частности анализы in vivo, необходимы для подтверждения фактического клинического воздействия этих химических веществ на оплодотворяющую способность сперматозоида. Таким образом, в данном обзоре был освещен вопрос проводимых исследований в области применения мезенхимальных стволовых клеток и секретируемых ими веществ при криоконсервации спермы животных.

1. Киреев, И. В. Антиоксиданты в ветеринарии : монография / И. В. Киреев, В. А. Оробец. — Ставрополь : СтГАУ, 2019. — 132 с.

2. Noei Razliqi R. Protective role of glutathione in buck semen cryopreservation / Noei R. Razliqi, M. Zhandi et al. // Iran J Vet Res. – 2015. – № 16(3). – P. 298-300.

3. Mokarizadeh A. Mesenchymal stem cell derived microvesicles: trophic shuttles for enhancement of sperm quality parameters / A. Mokarizadeh, M. A. Rezvanfar // Reprod Toxicol. – 2013. – № 42. – P. 78-84. doi: 10.1016/j.reprotox.2013.07.024.

4. Qamar A. Y. The effect of astaxanthin supplementation on the post-thaw quality of dog semen / A. Y. Qamar, X. Fang et al. // Reprod Domest Anim. – 2020. – № 55(9). – P. 1163-1171. doi: 10.1111/rda.13758.

5. Galipeau J. Mesenchymal Stromal Cells: Clinical Challenges and Therapeutic Opportunities / J. Galipeau, L. Sensebe // Cell Stem Cell. – 2018. – № 22(6). – P. 824-833. doi: 10.1016/j.stem.2018.05.004.

6. Rizkallah N. Factors Affecting the Survival of Ram Spermatozoa during Liquid Storage and Options for Improvement / N. Rizkallah, C. G. Chambers et al. // Animals (Basel). – 2022. – № 12(3). – P. 244. doi: 10.3390/ani12030244.

7. Nijs M. Influence of freeze-thawing on hyaluronic acid binding of human spermatozoa / M. Nijs, E. Creemers et al. // Reprod Biomed Online. – 2009. – № 19. – P. 202-206. doi: 10.1016/S1472-6483(10)60073-9.

8. Oldenhof H. et al. Osmotic stress and membrane phase changes during freezing of stallion sperm: Mode of action of cryoprotective agents / H. Oldenhof et al. // Biol. Reprod. – 2013. – Vol. 88. – № 3.

9. Tiwari S. Targeted antioxidant delivery modulates mitochondrial functions, ameliorates oxidative stress and preserve sperm quality during cryopreservation / S. Tiwari, R. K. Dewry et al. // Theriogenology. – 2022. – № 179. – P. 22-31. doi: 10.1016/j.theriogenology.2021.11.013.

10. Mahiddine F. Y. Overview on the Antioxidants, Egg Yolk Alternatives, and Mesenchymal Stem Cells and Derivatives Used in Canine Sperm Cryopreservation / F. Y. Mahiddine, M. J. Kim // Animals (Basel). – 2021. – № 11(7). – P. 1930. doi:10.3390/ani11071930.

11. Qamar Ahmad. Improved viability and fertility of frozen-thawed dog sperm using adipose-derived mesenchymal stem cells / Qamar Ahmad, Fang Xun, Kim Min Jung, Cho Jongki // Scientific Reports. – 2020. – № 10. doi: 10.1038/s41598-020-61803-8.

12. Liu Tong Ming. Stemness of Mesenchymal Stem Cells / Liu Tong Ming // Journal of Stem Cell Therapy and Transplantation. – 2017. – № 1. – P. 071-073. doi: 10.29328/journal.jsctt.1001008.

13. Tamadon Amin, Zhan-byrbekuly Ulanbek et al. Mesenchymal Stem Cell Therapy of Male Infertility. – 2019. doi: 10.5772/intechopen.88343.

14. P. Sharifian. Conditioned medium of bone marrow mesenchymal stem cells improves sperm parametres and reduces histological alteration in rat testicular ischaemia/reperfusion model / P. Sharifian, S. Yari, P. Hasanein, Y. M. Nezhad // Andrologia. – 2022. – e14624. doi: 10.1111/and.14624.

15. Hsiao C. H. Mesenchymal stem cells restore the sperm motility from testicular torsion-detorsion injury by regulation of glucose metabolism in sperm / C. H. Hsiao et al. // Stem Cell Res. – Ther. 2019. – Vol. 10. – № 1. – P. 1-10. doi: 10.10.1186/s13287-019-1351-5.

16. Hsiao C. H. Local injection of mesenchymal stem cells protects testicular torsion-induced germ cell injury / Hsiao C. H. et al. // Stem Cell Res. Ther. – 2015. – Vol. 6. – № 1. – P. 1-12. doi: 10.1186/s13287-015-0079-0.

17. Sagaradze G. D. Participation of the secretary of mesenchymal stromal cells in the restoration of spermatogenesis. The dissertation for the degree of candidate of biological sciences, Moscow, 2019.

18. Iwase T. Comparison of angiogenic potency between mesenchymal stem cells and mononuclear cells in a rat model of hindlimb ischemia / T. Iwase, N. Nagaya et al. // Cardiovascular Research. – 2005. – № 3 (66). – P. 543-551. doi: 10.1016/j.cardiores.2005.02.006.

19. Solek P. Trade-offs between male fertility reduction and selected growth factors or the klotho response in a lipopolysaccharide-dependent mouse model / P. Solek, J. Mytych et al. Toxicol Res. – 2021. – № 38(2). – P. 175-186. doi: 10.1007/s43188-021-00098-x.

20. Yao J. The effects of IGF-1 on mouse spermatogenesis using an organ culture method / J. Yao, H. Zuo, J. Gao, M. Wang, D. Wang, X. Li // Biochem Biophys Res Commun. – 2017. – № 491(3). – 840-847. doi: 10.1016/j.bbrc.2017.05.125.

21. Fan Y. S. TGF-β superfamily: how does it regulate testis development / Y. S. Fan, Y. J. Hu, W. X. Yang // MolBiolRep. – 2012. – № 39(4). – 4727-4741. doi: 10.1007/s11033-011-1265-5.

22. Wang Y. Platelet-derived growth factor BB stimulates differentiation of rat immature Leydig cells / Y. Wang, X. Li et al. // J Mol Endocrinol. – 2018. – № 60(1). – P. 29-43. doi: 10.1530/JME-17-0222.

23. Chen X. The roles of microRNAs in regulation of mammalian spermatogenesis / X. Chen, X. Li, J. Guo, P. Zhang, W. Zeng // J Anim Sci Biotechnol. – 2017. – 8:35. doi: 10.1186/s40104-017-0166-4.

24. Qamar A. Y. Improved post-thaw quality of canine semen after treatment with exosomes from conditioned medium of adipose-derived mesenchymal stem cells / A. Y. Qamar, X. Fang, M. J. Kim, J. Cho // Animals (Basel). – 2019. – № 9 (11). – P. 865. doi: 10.3390/ani9110865.