Établissement d’un modèle porcin d’insuffisance cardiaque d’infarctus post-myocardique pour le traitement des cellules souches
Summary
Nous avons cherché à établir un modèle porcin de l’insuffisance cardiaque induite par le blocage de l’artère circonflexe gauche et le rythme rapide pour tester l’effet et l’innocuité de l’administration intramyocardique des cellules souches pour les thérapies à base de cellules.
Abstract
Bien que des progrès aient été réalisés dans le traitement de l’insuffisance cardiaque (HF) à la suite d’un infarctus du myocarde (MI), le HF suivant l’IM demeure l’une des principales causes de mortalité et de morbidité dans le monde. Les thérapies à base de cellules pour la réparation cardiaque et l’amélioration de la fonction ventriculaire gauche après MI ont attiré l’attention considérable. Par conséquent, l’innocuité et l’efficacité de ces transplantations cellulaires devraient être testées dans un modèle préclinique de HF avant l’utilisation clinique. Les porcs sont largement utilisés pour la recherche sur les maladies cardiovasculaires en raison de leur similitude avec les humains en termes de taille cardiaque et d’anatomie coronarienne. Par conséquent, nous avons cherché à présenter un protocole efficace pour l’établissement d’un modèle chronique de HF porcin utilisant l’occlusion coronaire fermée-poitrine de l’artère circonflexe gauche (LCX), suivie du rythme ventriculaire rapide induit avec l’implantation de stimulateur cardiaque. Huit semaines plus tard, les cellules souches ont été administrées par injection intramyocardique dans la zone péri-infarctus. Ensuite, la taille infarctus, la survie cellulaire et la fonction ventriculaire gauche (y compris l’échocardiographie, les paramètres hémodynamiques et l’électrophysiologie) ont été évalués. Cette étude aide à établir un modèle préclinique stable de grand animal HF pour le traitement des cellules souches.
Introduction
Les maladies cardiovasculaires, les maladies coronariennes (CAD) en particulier, restent la principale cause de morbidité et de mortalité à Hong Kong et dans le monde1. À Hong Kong, une augmentation de 26 % entre 2012 et 2017 du nombre de patients atteints de CAO traités dans le cadre de l’Autorité hospitalière était prévuede 2. Parmi tous les CAO, l’infarctus aigu du myocarde (MI) est l’une des principales causes de décès et de complications subséquentes, comme l’insuffisance cardiaque (HF). Celles-ci contribuent à des charges médicales, sociales et financières importantes. Chez les patients atteints de MI, la thérapie thrombolytique ou l’intervention coronaire percutanée primaire (PCI) est une thérapie efficace dans la préservation de la vie, mais ces thérapies ne peuvent réduire la perte de cardiomyocyte (CM) pendant l’IM. Les traitements disponibles sont incapables de reconstituer la perte permanente de CMs, qui conduit à la fibrose cardiaque, le remodelage myocardique, l’arythmie cardiaque, et finalement l’insuffisance cardiaque. Le taux de mortalité à 1 an après l’IM est d’environ 7% avec plus de 20% de patients développant HF3. Dans les patients HF en phase finale, la transplantation cardiaque est la seule thérapie efficace disponible, mais elle est limitée par une pénurie d’organes disponibles. De nouvelles thérapies sont nécessaires pour inverser le développement de l’après-MI HF. En conséquence, la thérapie à base de cellules est considérée comme une approche attrayante pour réparer les CM altérés et la fonction ventriculaire gauche d’amélioration (LV) dans HF suivant MI. Nos études précédentes ont trouvé la transplantation de cellules souches pour être bénéfique pour l’amélioration de la fonction cardiaque après la transplantation intramyocardique directe dans les modèles de petits animaux de MI4,5. Des protocoles précliniques normalisés de HF pour les grands animaux sont donc nécessaires pour tester davantage l’efficacité et l’innocuité de la transplantation de cellules souches avant l’utilisation clinique.
Au cours des dernières décennies, on a assisté à l’utilisation généralisée de porcs dans la recherche cardiovasculaire pour la thérapie par cellules souches. Les porcs HF sont un modèle prometteur de recherche translationnelle en raison de leur similitude avec les humains en termes de taille cardiaque, poids, rythme, fonction, et anatomie des artères coronaires. En outre, les modèles HF porcins peuvent imiter les patients post-MI HF en termes de métabolisme CM, propriétés électrophysiologiques, et les changements neuroendocrines dans des conditions ischémiques6. Le protocole présenté ici utilise un tel modèle standardisé de HF de porc, employant une occlusion de ballon coronaire fermé-coffre de l’artère circonflexe gauche (LCX) suivie par le rythme rapide induit par l’implantation de stimulateur cardiaque. L’étude optimise également la voie de l’administration intramyocardique des cellules souches pour le traitement de la post-MI HF. Le but est de produire un modèle animal porcin de l’infarctus chronique du myocarde qui peut être utilisé pour développer des traitements qui sont cliniquement pertinents pour les patients atteints de CAO sévère.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les modèles animaux standards sont d’une importance capitale pour comprendre la pathophysiologie et les mécanismes des maladies et tester de nouvelles thérapies. Notre protocole établit un modèle porcin de HF induit par le blocage d’artère circonflexe gauche et le rythme rapide. Huit semaines après l’induction de l’IM, les animaux ont développé une déficience significative de LVEF, LVEDD, LVESD, +dP/dt, et ESPVR. Ce protocole teste également la méthode d’administration de la thérapie de cellules so…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs reconnaissent Alfreda et Kung Tak Chung pour leur excellent soutien technique lors des expériences animales.
Materials
| Amiodarone | Mylan | – | – |
| Anaesthetic machines and respirator | Drager | Fabius plus XL | – |
| Angiocath | Becton Dickinson | 381147 | – |
| Anti-human nuclear antigen | abcam | ab19118 | – |
| Axio Plus image capturing system | Zeiss | Axioskop 2 PLUS | Axioskop 2 plus |
| AxioVision Rel. 4.5 software | Zeiss | – | – |
| Baytril | Bayer | – | enrofloxacin |
| Betadine | Mundipharma | – | – |
| CardioLab Electrophysiology Recording Systems | GE Healthcare | G220f | – |
| Culture media | MesenCult | 05420 | – |
| Cyclosporine | Novartis | – | – |
| Defibrillator | GE Healthcare | CardioServ | – |
| Dorminal | TEVA | – | – |
| Echocardiographic system | GE Vingmed | Vivid i | – |
| EchoPac software | GE Vingmed | – | – |
| Electrophysiological catheter | Cordis Corp | – | – |
| Embozene Microsphere | Boston Scientific | 17020-S1 | 700 μm |
| Endotracheal tube | Vet Care | VCPET70PCW | Size 7 |
| Ethanol | VWR chemicals | 20821.33 | – |
| Formalin | Sigma | HT501320 | 10% |
| IVC balloon Dilatation Catheter | Boston Scientific | 3917112041 | Mustang |
| JR4 guiding catheter | Cordis Corp | 67208200 | 6F |
| Lidocaine | Quala | – | – |
| Mersilk | Ethicon | W584 | 2-0 |
| Metoprolol succinate | Wockhardt | – | – |
| Microtome | Leica | RM2125RT | – |
| Mobile C arm fluoroscopy equipment | GE Healthcare | OEC 9900 Elite | – |
| Pacemaker | St Jude Medical | PM1272 | Assurity MRI pacemaker |
| Pacemaker generator | St Jude Medical | Merlln model 3330 | – |
| Pressure-volume catheter | CD Leycom | CA-71103-PL | 7F |
| Pressure–volume signal processor | CD Leycom | SIGMA-M | – |
| Programmable Stimulator | Medtronic Inc | 5328 | – |
| PTCA Dilatation balloon Catheter | Boston Scientific | H7493919120250 | MAVERICK over the wire |
| Ramipril | TEVA | – | – |
| Sheath introducer | Cordis Corp | 504608X | 8F, 9F, 12F |
| Steroid | Versus Arthritis | – | – |
| Temgesic | Nindivior | – | buprenorphine |
| Venous indwelling needle | TERUMO | SR+OX2225C | 22G |
| Vicryl | Ethicon | VCP320H | 2-0 |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | – | – |
| Zoletil | Virbac New Zealand Limited | – | tiletamine+zolezepam |
Riferimenti
- Mozaffarian, D., et al. Heart disease and stroke statistics-2015 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 131, e29 (2015).
- Hospital Authority. . Hospital Authority Statistical Report 2013. , (2013).
- Cung, T. T., et al. Cyclosporine before PCI in Patients with Acute Myocardial Infarction. The New England Journal of Medicine. 373 (11), 1021-1031 (2015).
- Liao, S. Y., et al. Proarrhythmic risk of embryonic stem cell-derived cardiomyocyte transplantation in infarcted myocardium. Heart Rhythm. 7, 1852-1859 (2010).
- Liao, S. Y., et al. Overexpression of Kir2.1 channel in embryonic stem cell-derived cardiomyocytes attenuates posttransplantation proarrhythmic risk in myocardial infarction. Heart Rhythm. 10, 273-282 (2013).
- Liu, Y., et al. Thoracic spinal cord stimulation improves cardiac contractile function and myocardial oxygen consumption in a porcine model of ischemic heart failure. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 23, 534-540 (2012).
- Liao, S. Y., et al. Improvement of Myocardial Function Following Catheter-Based Renal Denervation in Heart Failure. JACC: Basic to Translational Science. 2 (3), 270-281 (2017).
- Liao, S. Y., et al. Remodelling of cardiac sympathetic re-innervation with thoracic spinal cord stimulation improves left ventricular function in a porcine model of heart failure. Europace. 17 (12), 1875-1883 (2015).
- Daehnert, I., Rotzsch, C., Wiener, M., Schneider, P. Rapid right ventricular pacing is an alternative to adenosine in catheter interventional procedures for congenital heart disease. Heart. 90 (9), 1047-1050 (2004).
- Hála, P., et al. Tachycardia-Induced Cardiomyopathy as a Chronic Heart Failure Model in Swine. Journal of Visualized Experiments. (132), e57030 (2018).
- Santoso, T., et al. Endomyocardial implantation of autologous bone marrow mononuclear cells in advanced ischemic heart failure: a randomized placebo-controlled trial (END-HF). Journal of Cardiovascular Translational Research. 7, 545-552 (2014).
- Traverse, J. H., et al. Cardiovascular Cell Therapy Research Network. Effect of intracoronary delivery of autologous bone marrow mononuclear cells 2 to 3 weeks following acute myocardial infarction on left ventricular function: the LateTIME randomized trial. Journal of the American Medical Association. 306, 2110-2119 (2011).
- Traverse, J. H., et al. Cardiovascular Cell Therapy Research Network (CCTRN). Effect of the use and timing of bone marrow mononuclear cell delivery on left ventricular function after acute myocardial infarction: the TIME randomized trial. Journal of the American Medical Association. 308, 2380-2389 (2012).
- de Jong, R., Houtgraaf, J. H., Samiei, S., Boersma, E., Duckers, H. J. Intracoronary stem cell infusion after myocardial infarction. A meta-analysis and update on clinical trials. Circulation: Cardiovascular Interventions. 7, 156-167 (2014).
- Nowbar, A. N., et al. DAMASCENE writing group. Discrepancies in autologous bone marrow stem cell trials and enhancement of ejection fraction (DAMASCENE): weighted regression and meta-analysis. British Medical Journal. 348, g2688 (2014).
- Kanelidis, A. J., Premer, C., Lopez, J., Balkan, W., Hare, J. M. Route of Delivery Modulates the Efficacy of Mesenchymal Stem Cell Therapy for Myocardial Infarction: A Meta-Analysis of Preclinical Studies and Clinical Trials. Circulation Research. 120 (7), 1139-1150 (2017).
- Hou, D., et al. Radiolabeled cell distribution after intramyocardial, intracoronary, and interstitial retrograde coronary venous delivery: implications for current clinical trials. Circulation. 112 (9 Suppl), I150-I156 (2005).
- Hu, X., et al. A Large-Scale Investigation of Hypoxia-Preconditioned Allogeneic Mesenchymal Stem Cells for Myocardial Repair in Nonhuman Primates: Paracrine Activity Without Remuscularization. Circulation Research. 118, 970-983 (2016).
- Chong, J. J., et al. Human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes regenerate non-human primate hearts. Nature. 510, 273-277 (2014).
- Martens, A., et al. Substantial early loss of induced pluripotent stem cells following transplantation in myocardial infarction. Artificial Organs. 38, 978-984 (2014).
- Shiba, Y., et al. Allogeneic transplantation of iPS cell-derived cardiomyocytes regenerates primate hearts. Nature. 538, 388-391 (2016).
