Data from: Influence of factors of cryopreservation and hypothermic storage on survival and functional parameters of multipotent stromal cells of placental origin

Human placenta is a highly perspective source of multipotent stromal cells (MSCs) both for the purposes of patient specific auto-banking and allogeneic application in regenerative medicine. Implementation of new GMP standards into clinical practice enforces the search for relevant methods of cryopreservation and short-term hypothermic storage of placental MSCs. In this paper we analyze the effect of different temperature regimes and individual components of cryoprotective media on viability, metabolic and culture properties of placental MSCs. We demonstrate (I) the possibility of short-term hypothermic storage of these cells; (II) determine DMSO and propanediol as the most appropriate cryoprotective agents; (III) show the possibility of application of volume expanders (plasma substituting solutions based on dextran or polyvinylpyrrolidone); (IV) reveal the priority of ionic composition over the serum content in cryopreservation media; (V) determine a cooling rate of 1°C/min down to -40°C followed by immersion into liquid nitrogen as the optimal cryopreservation regime for this type of cells. This study demonstrates perspectives for creation of new defined cryopreservation methods towards GMP standards

Досвід клінічного застосування кріоконсервованих препаратів плацентарного походження: клітин, тканини, оболонок, екстракту та сироватки пуповинної крові

Background. The human placenta is a promising source of biomaterial for regenerative medicine. This is primarily due to the availability of a sufficient amount of material, low immunogenicity, a large number of stem cells, and high proliferative cell potential. The effectiveness of stem cells, their lysates, and conditioned media in various pathological conditions has been proven in many studies. Most studies are experimental, or are in different phases of clinical trials. At the same time, in Ukraine there is a wealth of experience of cli­nical using the cryopreserved placenta medico-immunobiological preparations, which can be the basis for further application of placental material.Objective. We aim to perform a critical analysis of data on the effectiveness and prospects of application of the cryo­preserved placenta preparations (cells, tissues, membranes, extract and cord blood serum) in clinical practice.Methods. The results of clinical application of 2,579 medical immunobiological Platex and Cryocell placenta preparations were analyzed. An attention was paid to the effectiveness, course of concomitant, comorbid pathology in patients, as well as the presence of negative responses and complications. The number of the preparations used and the one of the patients according to the nosological forms were counted.Results. The experience of application of medical immunobiological preparations of placental origin in obstetric-gynecological, therapeutic, neurological and endocrinological pathologies is analyzed in the work. The obtained data are compared with the research results in the corresponding model experiments of in vitro and in vivo systems. The positive effect of placental preparations on the course of miscarriage, climacteric syndrome, infertility, diabetes mellitus, coronary heart disease, multiple sclerosis, amyotrophic lateral sclerosis, trophic ulcers has been determined. Contraindications for placenta preparations are some malignancies and an infectious disease process without proper pathogen elimination.Conclusions. Cryopreserved placenta preparations are effective when used in obstetric, gynecological, neurological, endocrinological and therapeutic practice. Their effect is primarily observed in diseases, which are accompanied by autoimmune reactions, hormonal disorders, dysplastic or degenerative processes. The restric­ted application of placenta preparations is infectious disease process without proper pathogen elimination.Проблематика. Плацента человека является перспективным источником биологического материала для регенеративной медицины. Это обусловлено прежде всего доступностью достаточного количества материала, наличием большого количества стволовых клеток, низкой иммуногенностью, высоким пролиферативным потенциалом клеток. Во многих исследованиях доказана эффективность стволовых клеток, их лизатов, кондиционированных сред при различных патологических состояниях. Большинство исследований являются экспериментальными либо находятся на разных фазах клинических испытаний. В то же время в Украине имеется опыт клинического применения криоконсервированных медико-иммунобиологических препаратов плаценты, который может быть основой для дальнейшего использования плацентарного материала.Цель. Проведение критического анализа данных по эффективности и перспективам применения криоконсервированных препаратов плаценты в клинической практике (клеток, ткани, оболочек, экстракта, сыворотки плацентарной крови).Методика реализации. Проанализированы результаты клинического применения 2579 медицинских иммунобиологических препаратов Платекс и Криоцелл, изготовленных из плаценты. Обращали внимание на эффективность, ход сопутствующей, коморбидной патологии у пациентов, а также на наличие негативных реакций и осложнений. Подсчитывали количество использованных препаратов, количество пациентов по нозологическим формам.Результаты. Проанализирован опыт применения медицинских иммунобиологических препаратов плацентарного происхождения при акушерско-гинекологической, терапевтической, неврологической и эндокринологической патологии. Полученные данные сопоставлены с результатами исследований в соответствующих модельных экспериментах в системах in vitro и in vivo. Определено положительное влияние препаратов плаценты на ход невынашивания беременности, климактерического синдрома, бесплодия, сахарного диабета, ишемической болезни сердца, рассеянного склероза, бокового амиотрофического склероза, трофических язв. Противопоказанием к применению препаратов плаценты в настоящее время остаются некоторые злокачественные новообразования, наличие инфекционного процесса без надлежащей элиминации возбудителя.Выводы. Криоконсервированные препараты из плаценты эффективны при использовании в акушерско-гинекологической, неврологической, эндокринологической и терапевтической практике. Их эффект наблюдается прежде всего при заболеваниях, которые сопровождаются аутоиммунными реакциями, гормональными нарушениями, диспластическими или дегенеративными процессами. Ограничением к применению препаратов плаценты является наличие инфекционного процесса без надлежащей элиминации возбудителя.Проблематика. Плацента людини є перспективним джерелом біологічного матеріалу для регенеративної медицини. Це обу­мовлено насамперед доступністю достатньої кількості матеріалу, наявністю великої кількості стовбурових клітин, низькою імуно­генністю, високим проліферативним потенціалом клітин. У багатьох дослідженнях доведено ефективність стовбурових клітин, їх лізатів, кондиційованих середовищ за різних патологічних станів. Більшість досліджень є експериментальними або перебувають на різних фазах клінічних випробувань. У той же час в Україні є досвід клінічного застосування кріоконсервованих медико-імунобіологічних препаратів плаценти, який може бути підґрунтям для подальшого використання плацентарного матеріалу.Мета. Проведення критичного аналізу даних щодо ефективності та перспектив застосування кріоконсервованих препаратів плаценти в клінічній практиці (клітин, тканини, оболонок, екстракту, сироватки плацентарної крові).Методика реалізації. Проаналізовано результати клінічного застосування 2579 медичних імунобіологічних препаратів Платекс і Кріоцелл, виготовлених із плаценти. Звертали увагу на ефективність, перебіг супутньої, коморбідної патології у пацієнтів, а також на наявність негативних реакцій та ускладнень. Підраховували кількість застосованих препаратів, кількість пацієнтів за нозологічними формами.Результати. Проаналізовано досвід застосування медичних імунобіологічних препаратів плацентарного походження за акушерсько-гінекологічної, терапевтичної, неврологічної та ендокринологічної патології. Отримані дані зіставлені з результатами досліджень у відповідних модельних експериментах у системах in vitro та in vivo. Визначено позитивний вплив препаратів плаценти на перебіг невиношування вагітності, клімактеричного синдрому, непліддя, цукрового діабету, ішемічної хвороби серця, розсіяного склерозу, бічного аміотрофічного склерозу, трофічних виразок. Протипоказанням до застосування препаратів пла­центи на сьогодні залишаються деякі злоякісні новоутворення, наявність інфекційного процесу без належної елімінації збудника.Висновки. Кріоконсервовані препарати з плаценти є ефективними при застосуванні в акушерсько-гінекологічній, неврологічній, ендокринологічній і терапевтичній практиці. Їх ефект спостерігається передусім при захворюваннях, які супроводжуються автоімунними реакціями, гормональними порушеннями, диспластичними чи дегенеративними процесами. Обмеженням до застосування препаратів плаценти є наявність інфекційного процесу без належної елімінації збудника

Table 2. Cryopreservation of placental MSCs with various CPAs.

Data set for Table

Influence of Factors of Cryopreservation and Hypothermic Storage on Survival and Functional Parameters of Multipotent Stromal Cells of Placental Origin

<div><p>Human placenta is a highly perspective source of multipotent stromal cells (MSCs) both for the purposes of patient specific auto-banking and allogeneic application in regenerative medicine. Implementation of new GMP standards into clinical practice enforces the search for relevant methods of cryopreservation and short-term hypothermic storage of placental MSCs. In this paper we analyze the effect of different temperature regimes and individual components of cryoprotective media on viability, metabolic and culture properties of placental MSCs. We demonstrate (I) the possibility of short-term hypothermic storage of these cells; (II) determine DMSO and propanediol as the most appropriate cryoprotective agents; (III) show the possibility of application of volume expanders (plasma substituting solutions based on dextran or polyvinylpyrrolidone); (IV) reveal the priority of ionic composition over the serum content in cryopreservation media; (V) determine a cooling rate of 1°C/min down to -40°C followed by immersion into liquid nitrogen as the optimal cryopreservation regime for this type of cells. This study demonstrates perspectives for creation of new defined cryopreservation methods towards GMP standards.</p></div

Fig 1. Characterization of primary cell culture derived from placenta for MSC origin.

(A) RT-PCR analysis for expression of typical MSC markers: cells provide a signal for CD90, CD73, and CD105 MSC while being negative for CD34 hematopoietic marker. (B) Minus RT control for RT-PCR. (C,D) Cells display strong signals for CD73 and CD105 in flow cytometry analysis

Placenta and Placental Derivatives in Regenerative Therapies: Experimental Studies, History, and Prospects

Placental structures, capable to persist in a genetically foreign organism, are a natural model of allogeneic engraftment carrying a number of distinctive properties. In this review, the main features of the placenta and its derivatives such as structure, cellular composition, immunological and endocrine aspects, and the ability to invasion and deportation are discussed. These features are considered from a perspective that determines the placental material as a unique source for regenerative cell therapies and a lesson for immunological tolerance. A historical overview of clinical applications of placental extracts, cells, and tissue components is described. Empirically accumulated data are summarized and compared with modern research. Furthermore, we define scopes and outlooks of application of placental cells and tissues in the rapidly progressing field of regenerative medicine

Table 1. Characteristics of placental MSCs after short-term storage at different temperature conditions

Data set for Table

Fig 2. Differentiation potential of primary cell culture derived from placenta into lineages of MSC origin.

MSCs were differentiated into (A) adipogenic (Oil Red O staining), (B) osteogenic (Von Kossa staining), and (C) chondrogenic (Alcian blue staining) lineages as a proof of principle for plasticity of MSCs. Cells expanded in regular MSC culture medium represent the negative control (bar = 50 µm)

Cryopreservation of placental MSCs with various CPAs (mean±SD).

<p>*- significance to positive control p<0.05.</p><p>Cryopreservation of placental MSCs with various CPAs (mean±SD).</p

Fig. 4. Parameters of placental MSCs after cryopreservation with different cooling rates:

Data set for Fig.