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.
Een myocardiaal infarct (MI) wordt gedefinieerd als de onderbreking van bloed aan een gebied van het hart veroorzaakt door occlusie van een grote kransslagader. De schade die voortvloeit uit een MI komt door de herinrichting van de levensvatbare hartweefsel in niet-functioneel littekenweefsel, die het vermogen van het hart of, specifieker, de linker ventrikel, goed slaan afneemt. Dit resulteert in een afname in de hoeveelheid bloed die kan worden afgegeven aan het lichaam met elke hartslag, bekend als het slagvolume en het percentage bloed dat uit het hart wordt gepompt bij elke hartslag, zogenaamde ejectiefractie 6. Deze, samen met andere verminderde functies, verhoogt de spanning op de rest van het hart om voldoende blijft werken. Vaak kan deze verhoogde druk zo ernstig worden dat het een tweede hartaanval, een verschijnsel waargenomen bij ongeveer 10% van individuen 7 veroorzaakt.
Terwijl de medische praktijken hebben ontwikkeld om te behandelende onmiddellijke nasleep van een MI, is er geen techniek ontwikkeld om te stoppen, vertragen of omkeren van de negatieve bijwerkingen van het weefsel remodeling. Stamceltherapieën hebben zich ontwikkeld tot een mogelijke weg voor een dergelijke behandeling, maar ondanks hun veelbelovend potentieel stamcellen niet succesvol gebleken in de klinische setting. Eén theorie voor hun tekortkomingen is het onvermogen te zorgen voor de gunstige cellen blijven op de plaats van infarct lang genoeg om gunstige resultaten 5 genereren. Het is aangetoond dat niet meer dan 24% van de cellen die alleen worden geïnjecteerd in de plaats van infarct overleefd en bleef op het aangetaste locatie 1 dag na de oplevering 2. Een mogelijke opsporing van deze kwestie retentie cel biocompatibele hydrogel systemen die cellen of geneesmiddelen, die de beschadigde locatie kan worden afgeleverd kapselen ontwikkelen. De hydrogel keuze in dit protocol is een poly (ethyleenglycol) dimethacrylaat vanwege de eerder gebruik in celinkapselende procedures echter een hydrogel staat inkapseling worden toegepast 8. De afgifte van de pleister direct aan de plaats van letsel zorgt cel-weefselcontact over een langere tijdsperiode, waardoor de duur van de cellen kan gunstig factoren verlenen aan de onderliggende myocardium.
Een knelpunt de patch aanpak is de moeilijkheid van het hechten van de pleister op het hart oppervlak. Veel groepen hebben dit ondervangen door een verscheidenheid van technieken, de meest voorkomende zijn een eenvoudige hechting aan de constructie te koppelen aan het hart oppervlak 9,10. Dit is succesvol in een aantal gevallen waarin het construct wordt gemaakt van een stijver materiaal bewezen, maar ontbreekt wanneer geprobeerd op een hydrogel systeem, vanwege de hoge waterconcentratie en delicate aard van de pleister construct. Om dit te voorkomen, hebben we een fibrinelijm externe lijmsysteem dat de chemie van stolselvorming nabootst gebruikt. Fibrinelijm is gebruikt in talrijke medische operaties, Inc.Luding dura tranen, bronchiale fistels, en hoornvliestransplantatie, aandacht voor de biocompatibiliteit van het product als een wond kit 11-13. Daarnaast is fibrine gebruikt voor verschillende cardiale doeleinden, waaronder operatieve behandeling van linker ventrikel breuken en coronaire bypassoperaties is echter het gebruik als een adhesie lijm voor een cardiale patch gebruikelijke 14-17. Een eenvoudige formulering van trombine en fibrinogeen resulteren in een biocompatibele lijm die direct aan de buitenzijde van een externe cardiale pleister kan worden aangebracht, die een levensvatbaar hechting systeem patch hart interactie garanderen.
Met deze benadering van het murine model MI, hebben we een systeem dat de schade aan niet-myocardium gebieden die zijn geassocieerd met andere murine MI technieken minimaliseert ontwikkeld. Deze gebieden omvatten schade door een tracheostoma, het snijden van de spierlaag en het breken van ribben de borstholte bloot te leggen. Wij geloven dat deze veranderingen de algehele operatie resultaat dankzij de zorgvuldigheid om zoveel mogelijk van grote structuren, waaronde…
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gefinancierd door het Amerikaanse leger Grant (W81XWH-08-1-0701) en een Fellowship van 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 |