Forsinket Intramyokardie levering af stamceller efter Iskæmi Reperfusion Skade i en Murine Model
Summary
Stamceller celler undersøges løbende som potentielle behandlinger for personer med myokardieskader, men deres nedsat levedygtighed og fastholdelse i skadet væv kan påvirke deres langsigtede effektivitet. I dette manuskript beskriver vi en alternativ metode til stamcellelevering i en murine model af iskæmi reperfusion skade.
Abstract
Der er betydelig interesse i brugen af stamceller (SCs) til inddrivelse af hjertefunktion hos personer med myokardieskader. Mest almindeligt, hjertestamcelleterapi er undersøgt ved at levere SCs samtidig med induktion af myokardieskader. Denne fremgangsmåde indeholder imidlertid to væsentlige begrænsninger: Det tidlige fjendtlige proinflammatoriske iskæmiske miljø kan påvirke overlevelsen af transplanterede SC’er, og det repræsenterer ikke det subakut infarktscenarie, hvor SCs sandsynligvis vil blive anvendt. Her beskriver vi en todelt serie af kirurgiske procedurer for induktion af iskæmi-reperfusion skade og levering af mesenkymale stamceller (MSC). Denne metode til administration af stamceller kan give mulighed for længere levedygtighed og retention omkring beskadiget væv ved at omgå den oprindelige immunrespons. En model af iskæmi reperfusion skade blev induceret i mus ledsaget af levering af mesenkymale stamceller (3,0 x 105),stably udtrykker reporter genet firefly luciferase under konstituerende udtrykt CMV promotor, intramyocardially 7 dage senere. Dyrene blev afbildet via ultralyd og bioluminescerende billeddannelse for bekræftelse af skade og injektion af celler, henholdsvis. Det er vigtigt, at der ikke var nogen ekstra komplikationsrate, når du udførte denne tilgang med to procedurer for sc-levering. Denne metode til administration af stamceller, kollektivt med udnyttelse af state-of-the-art reporter gener, kan give mulighed for in vivo undersøgelse af levedygtighed og fastholdelse af transplanterede SCs i en situation med kronisk iskæmi almindeligt set klinisk, samtidig med at omgå den oprindelige pro-inflammatoriske respons. Sammenfattende har vi etableret en protokol for forsinket levering af stamceller i myokardiet, som kan bruges som en potentiel ny tilgang til at fremme regenerering af det beskadigede væv.
Introduction
Hjerte-kar-sygdom er fortsat den mest almindelige årsag til sygelighed og dødelighed på verdensplan. Hjerte iskæmisk hændelser har vist sig at være skadelige for den overordnede funktion af myokardiet og de omkringliggende celler1. Kun ̴0,45-1,0% af kardiomyocytter vil regenerere hvert år efter myokardieskaderopstår 2. På trods af den stigende efterspørgsel og iboende fokus på udvikling af behandlinger har det været vanskeligt at etablere behandlinger, der hjalp med regenerering af skadetvæv, ogkræver stadig yderligereoptimering 3,4,5. Stamcellebehandlinger er blevet indført som en alternativ vej til at forynge beskadiget væv efter en iskæmisk begivenhed; Men udviklingen af disse behandlinger er blevet udfordret af den begrænsede overlevelse og fastholdelse af cellerne til et skadet område6.
Mikromiljø af hjertet efter en iskæmisk begivenhed kan karakteriseres som hypoxisk, pro-oxidant, og pro-inflammatoriske, præsenterer fjendtlige betingelser for terapeutiske stamceller til at tilpasse sig for overlevelse7,8. Som en immunrespons udløses efter skade, naive lymfocytter, makrofager, neutrofiler og mastceller forsøge at reparere skaden ved at fjerne døende celler og modulere processen for væv remodeling9,10,11. Inden for de første 3 dage efter iskæmi, betændelse er på sit højeste med frigivelsen af pro-inflammatoriske cytokiner med et stort antal neutrofiler og monocytter i området10,12. Efter 7 dage, meget af betændelse er aftaget og overgangen til reparative celler begynder, fortsætter indtil remodeling kaskade er færdig, cirka 14 dage i mus13. Vores kirurgiske metode er en potentiel alternativ tilgang til indførelsen af biologi i myokardiet at omgå toppen medfødte immunrespons efter iskæmi reperfusion skade. Samtidig vil det give mulighed for undersøgelse af alle behandlinger i en tilstand af subakut / kronisk iskæmi, hvor der kan være forskellige variabler til at overveje i forhold til akut myokardie infarkt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Over 85 millioner mennesker verden over er ramt af hjerte-kar-sygdom3. Den høje forekomst af disse iskæmiske hændelser berettiger yderligere udvikling og udvidelse af alternative behandlingsformer for at fremme regenerering af beskadiget væv. Traditionelle metoder udnytte iskæmi reperfusion procedure i en akut indstilling med efterfølgende administration af terapeutiske1. Inflammatoriske reaktioner er på sit højeste mellem 3-4 dage efter en hjerteisk iskæmisk begiv…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ingen.
Materials
| 0.9% NaCl Irrigation, USP | Baxter | 0338-0048-04 | |
| 11×12" Press n' Seal surgical drape, autoclavable | SAI Infusion Technologies | PSS-SD | |
| 24G 3/4" IV catheter tube | Jelco | 4053 | |
| 28G x 1/2" 1mL allergy syringe | BD | 305500 | Injection of analgesic |
| 30G x 1/2" 3/10cc insulin syringe | Ulticare | 08222.0933.56 | Injection of stem cells |
| 6-0 S-29, 12" Vicryl suture | Ethicon | J556G | Intercostal, superficial muscle and skin layer incision closure |
| 9-0 BV100-4, 5" Ethilon suture | Ethicon | 2829G | Ligation of the LAD artery |
| Absorbent underpad | Thermo Fischer Scientific | 14-206-64 | For underneath the animal |
| Alcohol prep pads, 2 ply, medium | Coviden | 6818 | |
| Anti-fog face mask | Halyard | 49235 | |
| Bonn Strabismus scissors, curved, blunt | Fine Science Tools | 14085-09 | |
| Buprenorphine HCL SR LAB 1mg/ml, 5 ml | ZooPharm Pharmacy | Buprenorphine narcotic analgesic formulated in a polymer that slows absorption extending duration of action (72 hours duration of activity). | |
| Castroviejo needle holders, curved | Fine Science Tools | 12061-01 | |
| Curity sterile gauze sponges | Coviden | 397310 | |
| Delicate suture tying forceps, 45 angle bent | Fine Science Tools | 11063-07 | |
| Electric Razor | Wahl | Fur removal | |
| Isoflurane 100 ml | Cardinal Health | PI23238 | Anesthetic |
| Lab coat | |||
| Monoject 1 mL hypodermic syringe | Coviden | 8881501400 | |
| Moria iris forceps, curved, serrated (x2) | Fine Science Tools | 11370-31 | |
| Moria speculum retractor | Fine Science Tools | 17370-53 | |
| Mouse endotracheal intubation kit | Kent Scientific | ||
| Nair depilatory cream | Johnson & Johnson | Fur removal | |
| Optixcare eye lube plus | Aventix | Sterile ocular lubricant | |
| Physiosuite ventilator | Kent Scientific | ||
| PolyE Polyethylene tubing | Harvard Apparatus | 72-0191 | Temporary compression of LAD artery |
| Povidone-iodine swabs | PDI | S41125 | |
| Scalpel, 10-blade | Bard-Parker | 371610 | |
| Sterile 3" cotton tipped applicators | Cardinal Health | C15055-003 | |
| Sterile 6" tapered cotton tip applicators | Puritan | 25-826-5WC | |
| Sterile gloves | Cardinal Health | N8830 | |
| Sterilization pouches | Medline | MPP100525GS | |
| Surgery cap | |||
| Surgical Microscope | Leica | M125 | |
| Suture tying forceps, straight (x2) | Fine Science Tools | 10825-10 | |
| Transpore surgical tape | 3M | 1527-1 | |
| Triple antibiotic ointment | G&W Laboratories | 11-2683ILNC2 | Topical application to prevent infection |
| Vannas-Tübingen Spring Scissors, curved | Fine Science Tools | 15004-08 | |
| Vetflo vaporizer | Kent Scientific |
Riferimenti
- Franchi, F., et al. The Myocardial Microenvironment Modulates the Biology of Transplanted Mesenchymal Stem Cells. Molecular Imaging Biology. , (2020).
- Bergmann, O., et al. Evidence for cardiomyocyte renewal in humans. Science. 324 (5923), 98-102 (2009).
- Writing Group, M., et al. Heart Disease and Stroke Statistics-2016 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 133 (4), 38 (2016).
- Gersh, B. J., Simari, R. D., Behfar, A., Terzic, C. M., Terzic, A. Cardiac cell repair therapy: a clinical perspective. Mayo Clinic Protocol. 84 (10), 876-892 (2009).
- Terzic, A., Behfar, A. Regenerative heart failure therapy headed for optimization. European Heart Journal. 35 (19), 1231-1234 (2014).
- Beegle, J., et al. Hypoxic preconditioning of mesenchymal stromal cells induces metabolic changes, enhances survival, and promotes cell retention in vivo. Stem Cells. 33 (6), 1818-1828 (2015).
- Kubli, D. A., Gustafsson, A. B. Mitochondria and mitophagy: the yin and yang of cell death control. Circulation Research. 111 (9), 1208-1221 (2012).
- Psaltis, P. J., et al. Noninvasive monitoring of oxidative stress in transplanted mesenchymal stromal cells. JACC Cardiovascular Imaging. 6 (7), 795-802 (2013).
- Peet, C., Ivetic, A., Bromage, D. I., Shah, A. M. Cardiac monocytes and macrophages after myocardial infarction. Cardiovasc Research. 16 (6), 1101-1112 (2020).
- Swirski, F. K., Nahrendorf, M. Cardioimmunology: the immune system in cardiac homeostasis and disease. Nature Reviews Immunology. 18 (12), 733-744 (2018).
- Zhang, Z., et al. Mesenchymal Stem Cells Promote the Resolution of Cardiac Inflammation After Ischemia Reperfusion Via Enhancing Efferocytosis of Neutrophils. Journal of the American Heart Association. 9 (5), 014397 (2020).
- Saxena, A., Russo, I., Frangogiannis, N. G. Inflammation as a therapeutic target in myocardial infarction: learning from past failures to meet future challenges. Translational Research. 167 (1), 152-166 (2016).
- Prabhu, S. D., Frangogiannis, N. G. The Biological Basis for Cardiac Repair After Myocardial Infarction: From Inflammation to Fibrosis. Circulation Research. 119 (1), 91-112 (2016).
- Dominici, M., et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 8 (4), 315-317 (2006).
