Implantation von HiPSC abgeleitete Herzmuskel Patches nach Myokard-Schädigung in einem Meerschweinchen-Modell
Summary
Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Induktion der linken Herzkammer Cryoinjury gefolgt von der Implantation eines Herzmuskels Patches, Menschliche iPS-Zellen Herzzellen in einem Meerschweinchen-Modell abgeleitet.
Abstract
Aufgrund der begrenzten Regenerationsvermögen des Herzens bei Erwachsenen Säugetieren führt Myokardinfarkt in einem irreversiblen Verlust der Herzmuskelzellen. Dieser Verlust der entsprechenden Beträge des Herzmuskels Masse zu Herzinsuffizienz führen kann. Neben Herztransplantation gibt es keine kurative Behandlungsoption für die terminaler Herzinsuffizienz. In Zeiten der Spender Organmangel sind unabhängige Behandlungsmodalitäten Orgel erforderlich. Links-ventrikuläre Assist Geräte sind eine vielversprechende Therapieoption, jedoch vor allem als Reiseziel Therapie, begrenzt durch seine Nebenwirkungen wie Schlaganfall, Infektionen und Blutungen. In den letzten Jahren wurden mehrere kardiale Reparaturstrategien einschließlich Stammzell-Injektion, kardiale Stammväter oder myokardiale Gewebetechnik untersucht. Jüngste Verbesserungen in der Zellbiologie erlauben die Unterscheidung von großen Mengen von Herzzellen von menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) abgeleitet. Die kardiale Reparaturstrategien derzeit unter Auswertung gehört, künstliches Herzgewebe zu verpflanzen. Veränderter Herzgewebe (EHT) ist ein dreidimensionales in vitro erzeugten Cardiomyocyte-Netzwerk mit funktionellen Eigenschaften des nativen Herzgewebe. Wir haben EHT-Patches aus HiPSC abgeleitet Kardiomyozyten geschaffen. Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Induktion der linken ventricular myokardiale Cryoinjury in ein Meerschweinchen, gefolgt von Implantation von HiPSC EHT auf die linke Ventrikelwand abgeleitet.
Introduction
In unserer alternden Bevölkerung steigt die Zahl der Patienten mit Herzinsuffizienz. Für terminaler Herzinsuffizienz ist orthotopen Herztransplantation die nur kurative Behandlungsmöglichkeit. Vor allem in europäischen Ländern ist jedoch eine zunehmende Organmangel Spender. Deshalb sind alternative Behandlungsmöglichkeiten notwendig. Jüngste Erfolge in mechanischen Kreislaufunterstützung sind vielversprechend, aber vor allem langfristig laufen, begrenzt durch seine Nebenwirkungen wie Blutungen, Thrombose der Pumpe und infektiösen Komplikationen1.
Das endogene Regenerationsvermögen des Erwachsenen menschlichen Herzens ist äußerst begrenzt. Kardialen Regeneration Therapien könnte daher eine alternative Behandlungsmöglichkeit für terminaler Herzinsuffizienz Patienten2,3geworden. Verschiedene Techniken, einschließlich stammzellbasierte Zelle Injektion oder Tissue engineering Ansätze wurden beschrieben,3,4,5.
Menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (HiPSC), als auch menschliche embryonale Stammzellen (hESC) kann effektiv differenziert werden, um spontan gegen menschliche Kardiomyozyten6, das bisher eine Errungenschaft im Bereich der kardialen regenerativen Therapien.
Herzmuskel nach einem Herzinfarkt zu ersetzen und die Funktion einer Herzinsuffizienz zu verbessern, ist Überleben eine geeignete Anzahl von Kardiomyozyten und mechanische und elektrische Kopplung mit dem nativen Herzen unerlässlich. Um das Potenzial der kardialen regenerative Therapien mit menschlichen IPS-Zellen abgeleitet Kardiomyozyten zu untersuchen, braucht man einen geeigneten Forschungsmodell. Das ideale Modell sollte kostengünstig sein und haben eine menschenähnliche Physiologie und Elektrophysiologie. Großen Tiermodellen wie Schweine ideal unter diesem Gesichtspunkt wäre jedoch diese Experimente sind sehr teuer und große Mengen von Kardiomyozyten müsste eine relevante Anzahl von Kardiomyozyten zu ersetzen, um die Auswirkungen auf die linke Herzkammer zu sehen Funktion in einem Schwein Infarkt Modell.
Um elementare biologische Fragen menschlichen Zell-basierte kardialen Regeneration zu beantworten, sind z. B. Zelle überleben, Vaskularisierung und elektrischen Kopplung kleiner Tiermodelle besser geeignet. Aus den verfügbaren kleiner Tiermodelle ist das Meerschweinchen die nützlichsten Arten, verglichen mit Ratten und Mäusen, wie ihre Elektrophysiologie mehr die Situation im Menschen7 ähnelt. In diesem Modell Meerschweinchen induzierte wir eine Transmural Cryoinjury des linken Ventrikels. Eine Woche nach Induktion der Myokardinfarkt Implantation einer dreidimensionalen, wurde spontan schlagen Hüften-Zelle abgeleitet Cardiomyocyte Patch durchgeführt. Cardiomyocyte Zelle Überleben war 28 Tage nach der Implantation durch eine histologische Untersuchung ausgewertet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Eine Vielzahl kleiner Tiermodelle stehen zur Verfügung, um die Wirkung zu untersuchen, die Zelltransplantation verletzten Herzen9,10,11ausübt. Wir entschieden uns für ein Meerschweinchen Modell wegen alle Kleintiere Modelle seiner (Elektro) Physiologie ähnelt am meisten der Menschen. Die Vorteile kleiner Tiermodelle sind einfache Gehäuse, überschaubare Kosten und einige Belegschaften. Im Vergleich zu Mäusen und Ratten ist…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Keine Finanzierung wurde für diese Studie aufgenommen.
Materials
| Ventilator (VetFlo Dual Mode) | Kent Scientific | ||
| Forene | abbvie | 1000009819 | |
| Carprofen | Zoetis | 256692 | |
| Atropin | Braun | PZN 00648037 | |
| Buprenorphin | Sigma | ||
| Metal stamp | |||
| Electric soldering iron | Claytools | ||
| 3-0 prolene suture | Ethicon | ||
| 4-0 prolene suture | Ethicon | 662SLH | |
| 5-0 prolene suture | Ethicon | 8710H | |
| 8-0 prolene suture | Ethicon | 8841H | |
| Tungsten Carbide Scissor | FST | No. 14568-12 | |
| Stainless sterilization Container | FST | No. 20890-51 | |
| Graefe Forceps | FST | No.11652-10 | |
| Extra fine Graefe Forceps | FST | No.11150-10 | |
| Forceps | FST | No. 11022-15 | |
| Halsted- Mosquito | FST | No. 13009-12 | |
| Forceps | FST | No.13003-10 | |
| Baby Mixter | FST | No. 13013-14 | |
| Needle holder (Castroviejo with Tungsten Casbide Jaws) | FST | No. 12565-14 | |
| Needle Holder (Halsey) | FST | No. 12501-13 | |
| Alm Retractor with Blumt Teeth | FST | No. 17008-07 | |
| Spring Scissor | FST | No. 15000-00 | |
| Compress 5×5 | Fink + Walter | PZN 08821417 | |
| Venflon Pro Safety | Becton Dickinson | PZN11123964 | |
| Cautery High Temp 2" | Bovie Medical Corporation | 0100607151011055 |
Riferimenti
- Kirklin, J. K., et al. Seventh INTERMACS annual report: 15,000 patients and counting. The Journal of heart and lung transplantation: the official publication of the International Society for Heart Transplantation. 34, 1495-1504 (2015).
- Soonpaa, M. H., Field, L. J. Survey of studies examining mammalian cardiomyocyte DNA synthesis. Circulation research. 83, 15-26 (1998).
- Shiba, Y., Hauch, K. D., Laflamme, M. A. Cardiac applications for human pluripotent stem cells. Current pharmaceutical design. 15, 2791-2806 (2009).
- Shiba, Y., et al. Human ES-cell-derived cardiomyocytes electrically couple and suppress arrhythmias in injured hearts. Nature. 489, 322-325 (2012).
- Chong, J. J., et al. Human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes regenerate non-human primate hearts. Nature. 510, 273-277 (2014).
- Kattman, S. J., et al. Stage-specific optimization of activin/nodal and BMP signaling promotes cardiac differentiation of mouse and human pluripotent stem cell lines. Cell stem cell. 8, 228-240 (2011).
- Watanabe, T., Rautaharju, P. M., McDonald, T. F. Ventricular action potentials, ventricular extracellular potentials, and the ECG of guinea pig. Circulation research. 57, 362-373 (1985).
- Weinberger, F., et al. Cardiac repair in guinea pigs with human engineered heart tissue from induced pluripotent stem cells. Science translational medicine. 8, 363ra148 (2016).
- Shiba, Y., et al. Electrical Integration of Human Embryonic Stem Cell-Derived Cardiomyocytes in a Guinea Pig Chronic Infarct Model. Journal of Cardiovascular Pharmacology and Therapy. 19, 368-381 (2014).
- van Laake, L. W., et al. Human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes survive and mature in the mouse heart and transiently improve function after myocardial infarction. Stem cell research. 1, 9-24 (2007).
- Zimmermann, W. H., et al. Engineered heart tissue grafts improve systolic and diastolic function in infarcted rat hearts. Nature medicine. 12, 452-458 (2006).
- Johns, T. N., Olson, B. J. Experimental myocardial infarction. I. A method of coronary occlusion in small animals. Annals of surgery. 140, 675-682 (1954).
- van den Bos, E. J., Mees, B. M., de Waard, M. C., de Crom, R., Duncker, D. J. A novel model of cryoinjury-induced myocardial infarction in the mouse: a comparison with coronary artery ligation. Heart and circulatory physiology. , H1291-H1300 (2005).
