This protocol aims to alleviate the limitation of poor cell engraftment for stem cell treatment of myocardial infarctions through the use of a hydrogel system and a fibrin-based glue. With this approach, cell-to-tissue contact post-infarction can be maintained, increasing the therapeutic potential of beneficial agents at the site of injury.
The murine MI model is widely recognized in the field of cardiovascular disease, and has consistently been used as a first step to test the efficacy of treatments in vivo1. The traditional, established protocol has been further fine-tuned to minimize the damage to the animal. Notably, the pectoral muscle layers are teased away rather than simply cut, and the thoracotomy is approached intercostally as opposed to breaking the ribs in a sternotomy, preserving the integrity of the ribcage. With these changes, the overall stress on the animal is decreased.
Stem cell therapies aimed to alleviate the damage caused by MIs have shown promise over the years for their pro-angiogenic and anti-apoptotic benefits. Current approaches of delivering cells to the heart surface typically involve the injection of the cells either near the damaged site, within a coronary artery, or into the peripheral blood stream2-4. While the cells have proven to home to the damaged myocardium, functionality is limited by their poor engraftment at the site of injury, resulting in diffusion into the blood stream5. This manuscript highlights a procedure that overcomes this obstacle with the use of a cell-encapsulated hydrogel patch. The patch is fabricated prior to the surgical procedure and is placed on the injured myocardium immediately following the occlusion of the left coronary artery. To adhere the patch in place, biocompatible external fibrin glue is placed directly on top of the patch, allowing for it to dry to both the patch and the heart surface. This approach provides a novel adhesion method for the application of a delicate cell-encapsulating therapeutic construct.
En hjerteinfarkt (MI) er definert som den avbrudd av blod til en region av hjertet forårsaket av okklusjon av en større koronararterie. Den skade som følge av en MI skyldes ombygging av levedyktig hjertevevet inn i ikke-funksjonell arr vev, noe som reduserer muligheten av hjerte eller, mer spesifikt, venstre ventrikkel, for å slå på riktig måte. Dette resulterer i en reduksjon i volumet av blod som kan leveres til kroppen med hvert hjerteslag, kjent som slagvolumet, og prosentandelen av blod som pumpes ut av hjertet med hvert hjerteslag, kjent som ejeksjonsfraksjon 6. Disse, sammen med andre funksjoner redusert, øker belastningen på resten av hjertet for å opprettholde tilfredsstillende funksjon. Ofte kan denne økte belastningen bli så alvorlig at det fører til en andre hjerteinfarkt, et fenomen som sees hos omtrent 10% av individer 7.
Mens medisinsk praksis har utviklet seg til å behandlekjølvannet av en MI har ingen teknikk er utviklet for å stanse, langsom eller reversere de negative bivirkninger av vev remodeling. Stamcelleterapi har dukket opp som en mulig vei for en slik behandling, men til tross for deres lovende potensial, stamceller har ikke vist seg vellykket i klinisk setting. En teori for sine mangler er manglende evne til å sikre de gode cellene forblir på stedet av infarkt lenge nok til å generere gode resultater 5. Det har vist seg at ikke mer enn 24% av celler som er rett og slett injisert inn i området av infarkt overlevde og holdt seg på det skadede området 1 dag etter levering 2. En mulig utsiktene for å ta opp dette spørsmålet om cellen oppbevaring er å utvikle biokompatible hydrogel systemer som innkapsler enten celler eller terapi, som kan leveres til det skadede området. Den hydrogel av valget i denne protokollen er en poly (etylenglykol) dimetakrylat på grunn av sin tidligere anvendelse i celle pr innkapslingocedures imidlertid noe hydrogel er i stand til innkapsling kan benyttes, 8. Leveringen av plasteret direkte til skadestedet sikrer celle-til-vev kontakt over en lengre periode, noe som øker lengden av tiden cellene kan gi fordelaktige faktorer som til det underliggende hjertemuskelen.
En flaskehals til lappen metode er vanskeligheten med å feste plasteret til hjertet overflaten. Mange grupper har overvunnet dette ved en rekke teknikker, de mest utbredte være en enkel sutur for å binde konstruksjonen til hjertet overflaten 9,10. Dette har vist seg vellykket i en rekke tilfeller, hvor konstruksjonen er laget av et stivere materiale, men mislykkes når forsøkes på en hydrogel system, på grunn av det høye vannkonsentrasjonen og skjøre natur plasteret konstruksjonen. For å overvinne dette har vi benyttet et fibrinlim ytre klebemiddelsystem som gjen kjemien av levringsdannelse. Fibrinlim har vært brukt i en rekke medisinske operasjoner, IncLuding dura tårer, bronkial fistler, og hornhinnetransplantasjon, fremhever biokompatibilitet av produktet som et sår tetningsmasse 11-13. I tillegg har fibrin vært brukt i en rekke hjerte formål, blant annet kirurgisk behandling av venstre ventrikkel brudd og hjerte bypass operasjoner, derimot, er dens bruk som en vedheft lim for en hjerte patch ikke brukte 14-17. En enkel formulering av trombin og fibrinogen resulterer i et biokompatibelt lim som kan plasseres direkte på utsiden av en ekstern hjerte lapp, som gir et levedyktig system for å sikre adhesjon til plaster hjerte interaksjon.
Med denne tilnærming til murine MI modellen har vi utviklet et system som minimaliserer skade på ikke-myokard områder som er forbundet med andre murine MI teknikker. Disse områdene omfatter skade forårsaket av et trakeostomi, kutting av muskellaget, og brudd av ribbene for å eksponere brysthulen. Vi mener at disse endringene forbedre den generelle kirurgiske utfallet takk til omtanke for å beholde så mye av de store strukturene, inkludert ribbeina og muskel…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble finansiert av US Army Grant (W81XWH-08-1-0701) og en Fellowship fra Carle Foundation Hospital.
Harvard Model 687 Mouse Ventilator | Harvard Apparatus | 55-0001 | |
Inintech Biosciences LLC Dry Glass Bead Sterilizer | Fisher Scientific | NC9531961 | |
Leica MZ6 surgical microscope | Leica | ||
Cautery Kit | Gemini | GEM 5917 | |
Delicate Forceps – 0.4mm Tips Angled | Fine Science Tools | 11063-07 | |
Agricola Retractor – 3.5cm Spread | Fine Science Tools | 17005-04 | |
Spring Scissors – 2.5mm Blades Straight | Fine Science Tools | 15000-08 | |
Castroviejo Needle Holder – w/Lock Tungsten Carbide 14cm | Fine Science Tools | 12565-14 | |
Iris Scissors – Delicate Straight 10.5 cm | Fine Science Tools | 14060-10 | |
8-0 monofilament suture | Ethicon | 8730P | |
6-0 Silk suture | Ethicon | 639G | |
Thrombin | Sigma | T7009 | |
Fibrinogen | Sigma | F3879 | |
Vetbond Tissue Adhesive | 3M | 1469SB |