Forsinket intramyokarell levering av stamceller etter iskemi reperfusjonsskade i en Murine-modell
Summary
Stamceller undersøkes kontinuerlig som potensielle behandlinger for personer med hjerteinfarkt, men deres reduserte levedyktighet og oppbevaring i skadet vev kan påvirke deres langsiktige effekt. I dette manuskriptet beskriver vi en alternativ metode for stamcellelevering i en murinmodell av iskemireperfusjonsskade.
Abstract
Det er betydelig interesse for bruk av stamceller (SCer) for gjenoppretting av hjertefunksjon hos personer med hjerteinfarkt. Oftest studeres hjertestamcellebehandling ved å levere SCer samtidig med induksjon av myokardskade. Denne tilnærmingen presenterer imidlertid to betydelige begrensninger: det tidlige fiendtlige proinflammatoriske iskemiske miljøet kan påvirke overlevelsen av transplanterte SCer, og det representerer ikke det subakutte infarktscenarioet der SCer sannsynligvis vil bli brukt. Her beskriver vi en todelt serie av kirurgiske prosedyrer for induksjon av iskemi-reperfusjonsskade og levering av mesenchymale stamceller (MSCer). Denne metoden for stamcelleadministrasjon kan tillate lengre levedyktighet og oppbevaring rundt skadet vev ved å omgå den første immunresponsen. En modell av iskemi reperfusjonsskade ble indusert hos mus ledsaget av levering av mesenchymale stamceller (3,0 x 105),stabilt uttrykker reporter genet firefly luciferase under konstitutivt uttrykt CMV promotor, intramyocardially 7 dager senere. Dyrene ble avbildet via ultralyd og bioluminescerende bildebehandling for bekreftelse av henholdsvis skade og injeksjon av celler. Viktigere, Det var ingen ekstra komplikasjon rate når du utfører denne to-prosedyre tilnærming for SC levering. Denne metoden for stamcelleadministrasjon, kollektivt med utnyttelse av toppmoderne reportergener, kan tillate in vivo-studien av levedyktighet og oppbevaring av transplanterte SCer i en situasjon med kronisk iskemi som vanligvis ses klinisk, samtidig som den første proinflammatoriske responsen omgår. Oppsummert etablerte vi en protokoll for forsinket levering av stamceller inn i myokardiet, som kan brukes som en potensiell ny tilnærming for å fremme regenerering av det skadede vevet.
Introduction
Kardiovaskulær sykdom er fortsatt den vanligste årsaken til sykelighet og dødelighet over hele verden. Hjerteiske iskemiske hendelser har vist seg å være skadelige for den generelle funksjonen til myokardiet og omkringliggende celler1. Bare ̴ 0,45-1,0% av kardiomyocytter vil regenerere hvert år etter at myokardskade oppstår2. Til tross for den økende etterspørselen og iboende fokus på å utvikle behandlinger, terapier som hjelper i regenerering av skadet vev har vært vanskelig å etablere og fortsatt kreverytterligere optimalisering 3,4,5. Stamcellebehandling har blitt introdusert som en alternativ vei for å forynge skadet vev etter en iskemisk hendelse; Imidlertid har utviklingen av disse behandlingene blitt utfordret av begrenset overlevelse og oppbevaring av cellene til et skadet område6.
Mikromiljøet i hjertet etter en iskemisk hendelse kan karakteriseres som hypoksisk, pro-oksidant og pro-inflammatorisk, og presenterer fiendtlige forhold for terapeutiske stamceller å tilpasse seg for overlevelse7,8. Som en immunrespons utløses etter skade, forsøker naive lymfocytter, makrofager, nøytrofiler og mastceller å reparere skaden ved å fjerne døende celler og modulere prosessen for vevsombygging9,10,11. I løpet av de første 3 dagene etter iskemi er betennelse på topp med frigjøring av proinflammatoriske cytokiner med høyt antall nøytrofiler og monocytter i området10,12. Etter 7 dager har mye av betennelsen avtatt og overgangen til reparerende celler begynner, fortsetter til ombyggingskaskaden er fullført, ca. 14 dager hos mus13. Vår kirurgiske metode er en potensiell alternativ tilnærming til innføring av biologer i myokardiet for å omgå den høyeste medfødte immunresponsen etter iskemireperfusjonsskade. Samtidig vil det tillate for studiet av eventuelle behandlinger i en tilstand av subakutt /kronisk iskemi hvor det kan være forskjellige variabler å vurdere sammenlignet med akutt hjerteinfarkt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Over 85 millioner mennesker over hele verden er rammet av kardiovaskulær sykdom3. Den høye forekomsten av disse iskemiske hendelsene garanterer videre utvikling og utvidelse av alternative terapier for å fremme regenerering av skadet vev. Tradisjonelle metoder benytter iskemi reperfusjonsprosedyren i en akutt setting med etterfølgende administrering av terapeutiske1. Inflammatoriske reaksjoner er på topp mellom 3-4 dager etter å ha postdert en hjerteiskemisk hendelse,…
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).
