Fördröjd Intramyokardiell leverans av stamceller efter Ischemia Reperfusion Skada i en Murine Modell
Summary
Stamceller undersöks kontinuerligt som potentiella behandlingar för individer med hjärtinfarkt skada, dock, deras minskade livskraft och retention inom skadad vävnad kan påverka deras långsiktiga effekt. I detta manuskript beskriver vi en alternativ metod för stamcellsleverans i en murine modell av ischemi reperfusion skada.
Abstract
Det finns ett betydande intresse för användning av stamceller (SCs) för återvinning av hjärtfunktion hos individer med skador på hjärtinfarkt. Vanligast studeras hjärtstamcellsterapi genom att leverera SCs samtidigt med induktion av hjärtinfarkt skada. Detta tillvägagångssätt presenterar dock två betydande begränsningar: den tidiga fientliga pro-inflammatoriska ischemisk miljö kan påverka överlevnaden av transplanterade SCs, och det representerar inte subakut infarkt scenario där SCs kommer sannolikt att användas. Här beskriver vi en tvådelar serie av kirurgiska ingrepp för induktion av ischemi-reperfusion skada och leverans av mesenchymala stamceller (MSC). Denna metod för stamcellsadministration kan möjliggöra den längre viabiliteten och retentionen runt skadad vävnad genom att kringgå det ursprungliga immunsvaret. En modell av ischemi reperfusion skada inducerades i möss åtföljs av leverans av mesenkymala stamceller (3,0 x 105), stably uttrycker reportern genen firefly luciferas under den constitutively uttryckt CMV promotor, intramyocardially 7 dagar senare. Djuren var avbildade via ultraljud och bioluminescerande imaging för bekräftelse av skada och injektion av celler, respektive. Viktigt, det fanns ingen extra komplikation takt när du utför denna två-förfarande tillvägagångssätt för SC leverans. Denna metod för stamcellsadministration, kollektivt med utnyttjande av state-of-the-art reporter gener, kan möjliggöra in vivo studie av livskraft och lagring av transplanterade SCs i en situation av kronisk ischemi vanligen ses kliniskt, samtidigt kringgå den ursprungliga pro-inflammatoriska svar. Sammanfattningsvis etablerade vi ett protokoll för fördröjd leverans av stamceller till myokardiet, som kan användas som en potentiell ny metod för att främja regenerering av den skadade vävnaden.
Introduction
Hjärt-kärlsjukdom är fortfarande den vanligaste orsaken till sjuklighet och dödlighet i hela världen. Hjärt ischemiska händelser har konstaterats vara till skada för den övergripande funktionen av myokardiet och omgivande celler1. Endast ̴0,45-1,0% av kardiomyocyter kommer att regenerera varje år efter att myokardskador uppstår2. Trots den ökande efterfrågan och inneboende fokus på att utveckla behandlingar, terapier medhjälp i regenerering av skadad vävnad har varit svårt att fastställa och fortfarande kräver ytterligare optimering3,4,5. Stamcellsterapier har införts som en alternativ väg att föryngra skadad vävnad efter en ischemisk händelse; har dock utvecklingen av dessa behandlingar utmanats av begränsad överlevnad och bibehållande av cellerna till ett skadat område6.
Den mikromiljö av hjärtat efter en ischemisk händelse kan karakteriseras som hypoxisk, pro-oxidant, och pro-inflammatoriska, presentera fientliga villkor för terapeutiska stamceller att anpassa sig till för överlevnad7,8. Som ett immunsvar utlöses efter skada, försöker naiva lymfocyter, makrofager, neutrofiler och mastceller att reparera skadan genom att ta bort döende celler och modulera processen för vävnad remodeling9,10,11. Inom de första 3 dagarna efter ischemi, inflammation är på topp med frisättningen av proinflammatoriska cytokiner med högt antal neutrofiler och monocyter i området10,12. Efter 7 dagar har mycket av inflammationen avtagit och övergången till reparativa celler börjar, fortsätter tills ombyggnadskad är klar, cirka 14 dagar hos möss13. Vår kirurgiska metod är en potentiell alternativ strategi för införandet av biologiska läkemedel i hjärtmuskeln att kringgå topp medfödda immunsvar efter ischemi reperfusion skada. Samtidigt kommer det att möjliggöra studier av eventuella behandlingar i ett tillstånd av subakut/kronisk ischemi där det kan finnas olika variabler att överväga jämfört med akut hjärtinfarkt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Över 85 miljoner människor världen över drabbas av hjärt- ochkärlsjukdomar 3. Den höga prevalensen av dessa ischemiska händelser motiverar ytterligare utveckling och expansion av alternativa terapier för att främja regenerering av skadad vävnad. Traditionella metoder utnyttja ischemi reperfusion förfarandet i en akut inställning med efterföljande administrering av therapeutics1. Inflammatoriska reaktioner är på sin topp mellan 3-4 dagar postdating en hjärt …
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).
