הזרקת Intramyocardial מונחה אקוקרדיוגרפיה ניגודיות מלעורית ואספקה תא בדגם פרה גדולה
Summary
אסטרטגיות טיפוליות הרומן של רפואה רגנרטיבית הלב דורשים מקיף ומפורט הלימודים במודלים של בעלי חיים פרה גדולה לפני שהם יכולים להיחשב לשימוש בבני אדם. כאן, נדגים שיטה הזרקת intramyocardial מונחה אקוקרדיוגרפיה ניגודיות מלעורית בארנבים, וזה יקר עבור בדיקת יעילותם של טיפולים חדשניים כאלה השערות.
Abstract
תא טיפול גנטי מרגש, אסטרטגיות מבטיח לצורך התחדשות לב בהגדרה של אי ספיקת לב עם הקטינה שבריר פליטה (HFrEF). לפני שהם יכולים להיות נחשב לשימוש, מיושמת אצל בני אדם, מחקרים מקיפים פרה נדרשים במודלים של בעלי חיים גדולים כדי להעריך את הבטיחות היעילות, גורל injectate (למשל, תאי גזע) נמסר פעם לתוך שריר הלב. מודלים מכרסם קטן להציע יתרונות (למשל, עלות יעילות, amenability עבור הנדסה גנטית); עם זאת, בהתחשב במגבלות הטבועה של מודלים אלה, הממצאים הללו לעיתים רחוקות לתרגם למרפאה. לעומת זאת, מודלים בעלי חיים גדולים כגון ארנבות, יש יתרונות (למשל, דומה אלקטרופיזיולוגיה לב לעומת בני אדם וחיות גדולות אחרות), תוך שמירה על איזון טוב חסכונית. . הנה, נדגים כיצד לבצע טכניקה הזרקה (ממ י) intramyocardial מונחה אקוקרדיוגרפיה מלעורית ניגודיות, אשר פולשנית, בטוח, נסבלת היטב, ויעיל מאוד בהעברת injectates, כולל תאים, יישוב לתוך מספר מיקומים בתוך שריר הלב של דגם ארנב. לביצוע ויישום טכניקה זו, גם לקחנו יתרון של מערכת אקוקרדיוגרפיה קליני נרחב זמין. לאחר הצבת בפועל את הפרוטוקול המתואר כאן, חוקר עם אולטרסאונד הבסיסיות ידע יהפוך המוסמכת. הביצועים של טכניקה זו תכליתי ולא פולשנית לשימוש שגרתי בניסויים, מכוון לבדיקת השערות יכולות של הלב הרפוי משובי במודל ארנב. ברגע כשירות מושגת, ניתן לבצע את כל התהליך בתוך 25 דקות לאחר anaesthetizing את הארנב.
Introduction
טיפולים אלטרנטיביים תא ג’ין מרגש, אי לפתח אסטרטגיות עבור התחדשות/תיקון של שריר הלב נפגע ב- HFrEF. מעט מחקרים משווים את יעילות המסלולים שונים המסירה תאים, אשר הדגימו באופן עקבי העליונות של ממ י על מסלולים intracoronary או תוך ורידי1,2 (למשל, תא שימור שיעור) , 3 , 4 , 5. לפיכך, אין זה מפתיע כי אחוז גדול של מחקרים על מודלים translational של טיפול בתאי גזע של שריר הלב הפצוע, לספק את injectate באמצעות ממ י תחת נוף ישיר החזה נוהל6,7 . עם זאת, גישה זו יש מספר מגבלות, כולל העיקרון החודרני של ההליך, אשר נושאת את הסיכון לתמותה פרי-נוהלי (לעתים קרובות לפי דיווח)8. בנוסף, אימי תחת תצוגה ישירה לא לשלול את האפשרות להזרקה בהיסח הדעת לתוך חלל חדרית. בפרקטיקה הקלינית אימי במהלך ניתוח החזה פתוח יכול להיות שיטה המתאימה עבור משלוח תא טיפולית, למשל, במהלך עורקים מעקפים שתל (CABG); עם זאת, גישה זו יתכן המתאים למסירה תא שריר הלב העולמית ממוצא שאינו-איסכמי (למשל, HFrEF משני בהשפעה anthracycline של שריר הלב (AICM)).
אין כל ספק כי מחלת לב איסכמית (IHD) הוא הגורם הנפוץ ביותר של HFrEF (~ 66%)9,10; עם זאת, שריר הלב-איסכמי, כולל AICM, עדיין משפיע שיעור משמעותי של חולים עם HFrEF (33%)9 . אכן, התפתחויות אחרונות לאונקולוגיה קלינית גרמו יותר מ-10 מיליון ניצולי סרטן בארה ב לבד11, עם הערכות של מספר דומה באירופה, בקנה אחד עם המגמה הכללית לקראת שיפור ההישרדות של חולי סרטן12 ,13. לפיכך, חקר את היתרונות של טיפולים חדשניים כגון השתלת תא גזע-איסכמי של שריר הלב, כמו גם את trialing של מסלול יעילה ולא פולשנית של תאי גזע משלוח הוא בעל חשיבות עליונה, בהתחשב הגדלת מספר מטופלים מושפע cardiotoxicity משני תרופות נגד סרטן.
ראוי לציין, בדיקת מחקרים באמצעות טיפול בתאי גזע שמטרתה תיקון/להתחדש שריר הלב נפגעים לעתים קרובות השערות כרוכה בשימוש של מכרסם קטן (למשל, עכברים וחולדות). מודלים אלה לעיתים קרובות דורשים מערכות סאונד בתדירות גבוהה יקר עבור הערכה של תפקוד שריר הלב, מצוידים בדרך כלל מתמרים ליניארי מערך אשר יש כמה מגבלות המשויך הטבועה (למשל, ההד)14. עם זאת, מודלים אחרים כגון ארנבות, המייצג דגם פרה גדול, יש כמה יתרונות עבור בדיקת השערות של תאי גזע טיפולים ב- HFrEF. לפיכך, בניגוד חולדות ועכברים, ארנבים לשמור על מערכת התחבורה+2 Ca ואלקטרופיזיולוגיה הסלולר הדומה לזה של בני אדם אחרים חיות גדולות (למשל, כלבים וחזירים)15,16,17 18, ,19. יתרון נוסף, הוא amenability שלהם עבור הלב אולטראסאונד הדמיה באמצעות זול יחסית אקוקרדיוגרפיה קליני נרחב זמין מערכות מצויד עם מערך שלב מתמרים יחסית בתדירות גבוהה, למשל, 12 מגה הרץ, כגון אלה נעשה שימוש תכוף בקרדיולוגיה neonatal, רפואת ילדים. מערכות אלו מאפשרות הדמיה echocardiographic מעולה עם טכנולוגיה משוכללת, הם מנצלים העליונות של הרמוני הדמיה20. יתר על כן, בדיקת השערות נרחב של הפוטנציאל של טיפולים משובי הלב (למשל, טיפול בתאי גזע), שלהם בטיחות, יעילות, cardiomyogenic הפוטנציאל, כמו גם הערכה על גורלם של injectate פעם העבירה שריר הלב, הוא חובה לפני שהם יכולים להיחשב לשימוש בבני אדם, הם דורשים השימוש במודלים בבעלי חיים פרה גדולה, כמו ארנב17,19. כאן, אנו מתארים טכניקה פולשנית עבור תא משלוח באמצעות ממ י מלעורית חדות-אקוקרדיוגרפיה מודרכים באמצעות מערכת אקוקרדיוגרפיה קלינית, אשר מיועדת בטיפול המבוסס על השתלת תאי גזע של שריר הלב-איסכמי20 . גם אנו מתארים את היתרונות של דיות (InI, הידוע גם בשם סין דיו) כמו אולטרסאונד ניגודיות סוכנת וגם בחיי עיר מעקב של injectate בלב ארנב.
Protocol
Representative Results
Discussion
המטרה העיקרית הייתה לפתח טכניקה מינימלית פולשנית שיכול לשמש למסירה של תאי גזע לתוך שריר הלב של ארנבים (בגודל פרה חיה דגם גדול)17,18, תוך ניצול השימוש זול יחסית זמינים רבים קליניים מערכת הדמיה מחקר מרכזי. כאן, אנו מראים, באמצעות מערכת אקוקרדיוגרפיה קליני, שנעזר …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים Monfort שילה, ברנדה מרטינס, קרלוס Micó, אלברטו מוניוס, מנואל מולינה על תמיכה מצוינת הניתנים במהלך איסוף של נתונים, קרלוס בואנו למתן את התאים EGFP(+) HEK-293. עבודה זו נתמכה חלקית על ידי: Fundación Séneca, Agencia דה Ciencia y Tecnología, מוקדי דה מורסיה, ספרד (JT) (מענק מספר: 11935/פאי/09); אדום de Terapia Celular, ISCIII-Sub. Gral. Redes, דה PN השישי אני + D + אני 2008-2011 (מענק. לא. RD12/0019/0001) (JMM), שיתוף מימנה עם מבני מימון של האיחוד האירופי (פדר) (JMM); מאוניברסיטת רדינג, ארצות הברית (AG, ג’יגה-בתים) (מימון מרכזי). התורמים שחיים היה אין תפקיד תכנון המחקר, איסוף נתונים, ניתוח, ההחלטה לפרסם או אופן ההכנה של כתב היד.
Materials
| HD11 XE Ultrasound System | Philips | 10670267 | Echocardiography system. |
| S12-4 | Philips | B01YgG | 4-12 MHz phase array transducer |
| Ultrasound Transmision Gel (Aquasone) | Parket laboratories Inc | N 01-08 | |
| Vasovet 24G | Braun | REF 381212 | over-the-needle catheter |
| Omnifix-F 1 ml syringe | Braun | 9161406V | |
| Imalgene (Ketamine) | Merial | RN 9767 | Veterinary prescription is necessary |
| Domtor (Medetomidine) | Esteve | CN 570686.3 | Veterinary prescription is necessary |
| Heating Pad | |||
| Faber-Castel TG1 | Faber-Castel | 16 33 99 | India (China) Ink |
| Holter Syneflash | Ela medical | SF0003044S | 24 h Holter ECG system. |
| Electrodes Blue Sensor® | Ambu (NUMED) | VLC-00-S | Holter ECG electrodes. |
| Microtome | Leica Biosystems | RM2155 | |
| Microscope | Olimpus | CO11 | |
| ABC Vector Elite | Vector Laboratories | PK-6200 | Avidin Biotin Complex Kit. |
| Chicken anti-GFP antibody | Invitrogen | A10262 | Primary antibody. |
| Biotinylated goat-anti-chicken IgG Antibody | Vector Laboratories | BA-9010 | Secondary Antibody. |
| 3,30-diaminobenzidine tetrahydrochloride (DAB) | DAKO (Agilent) | S3000 | |
| Fluorescence Microscope | Carl Zeiss MicroImaging |
Zeiss AX10 Axioskop | |
| Holter ECG | Elamedical | Syneflash SF0003044S | |
| Dulbecco’s modified Eagle medium (DMEM) | Fisher Scientific | 11965084 | |
| 10% fetal calf serum (FCS) | Fisher Scientific | 11573397 | |
| 0.05% Trypsin-Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Fisher Scientific | 25300054 | |
| Lipofectamine 2000 (Lipid transfection reagent) | Fisher Scientific | 11668019 | |
| Reduced serum medium (Opti-MEM) | Fisher Scientific | 31985070 | |
| Hygromycin B | Calbiochem (MERCK) | 400051 | |
| Xylene (histological) | Fisher Scientific | X3S-4 | |
| Hydrogen Peroxide Solution (H2O2) | Sigma | H1009 | |
| Pronase | Fisher Scientific | 53-702-250KU |
References
- Hou, D., et al. Radiolabeled cell distribution after intramyocardial, intracoronary, and interstitial retrograde coronary venous delivery: implications for current clinical trials. Circulation. 112, I150-I156 (2005).
- Freyman, T., et al. A quantitative, randomized study evaluating three methods of mesenchymal stem cell delivery following myocardial infarction. Eur Heart J. 27, 1114-1122 (2006).
- Perin, E. C., et al. Comparison of intracoronary and transendocardial delivery of allogeneic mesenchymal cells in a canine model of acute myocardial infarction. J Mol Cell Cardiol. 44, 486-495 (2008).
- Dib, N., Khawaja, H., Varner, S., McCarthy, M., Campbell, A. Cell therapy for cardiovascular disease: a comparison of methods of delivery. J Cardiovasc Transl Res. 4, 177-181 (2011).
- Li, S. H., et al. Tracking cardiac engraftment and distribution of implanted bone marrow cells: Comparing intra-aortic, intravenous, and intramyocardial delivery. J Thorac Cardiovasc Surg. 137, 1225-1233 (2009).
- Shiba, Y., et al. Human ES-cell-derived cardiomyocytes electrically couple and suppress arrhythmias in injured hearts. Nature. 489, 322-325 (2012).
- Chong, J. J., et al. Human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes regenerate non-human primate hearts. Nature. 510, 273-277 (2014).
- Lu, C., et al. Autologous bone marrow cell transplantation improves left ventricular function in rabbit hearts with cardiomyopathy via myocardial regeneration-unrelated mechanisms. Heart vessels. 21, 180-187 (2006).
- McMurray, J. J., et al. ESC guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure 2012: The Task Force for the Diagnosis and Treatment of Acute and Chronic Heart Failure 2012 of the European Society of Cardiology. Developed in collaboration with the Heart Failure Association (HFA) of the ESC . Eur J Heart Fail. 14, 803-869 (2012).
- Sueta, C. A. The life cycle of the heart failure patient. Curr Cardiol Rev. 11, 2-3 (2015).
- Carver, J. R., et al. American Society of Clinical Oncology clinical evidence review on the ongoing care of adult cancer survivors: cardiac and pulmonary late effects. J Clin Oncol. 25, 3991-4008 (2007).
- Verdecchia, A., et al. Recent cancer survival in Europe: a 2000-02 period analysis of EUROCARE-4 data. Lancet Oncol. 8, 784-796 (2007).
- De Angelis, R., et al. Cancer survival in Europe 1999-2007 by country and age: results of EUROCARE–5-a population-based study. Lancet Oncol. 15, 23-34 (2014).
- Abu-Zidan, F. M., Hefny, A. F., Corr, P. Clinical ultrasound physics. J Emerg Trauma Shock. 4, 501-503 (2011).
- Del, M. F., Mynett, J. R., Sugden, P. H., Poole-Wilson, P. A., Harding, S. E. Subcellular mechanism of the species difference in the contractile response of ventricular myocytes to endothelin-1. Cardioscience. 4, 185-191 (1993).
- Pogwizd, S. M., Bers, D. M. Rabbit models of heart disease. Drug Discov Today Dis Mod. 5, 185-193 (2008).
- Gandolfi, F., et al. Large animal models for cardiac stem cell therapies. Theriogenology. 75, 1416-1425 (2011).
- Harding, J., Roberts, R. M., Mirochnitchenko, O. Large animal models for stem cell therapy. Stem Cell Res Ther. 4, 23 (2013).
- Chong, J. J., Murry, C. E. Cardiac regeneration using pluripotent stem cells–progression to large animal models. Stem Cell Res. 13, 654-665 (2014).
- Talavera, J., et al. An Upgrade on the Rabbit Model of Anthracycline-Induced Cardiomyopathy: Shorter Protocol, Reduced Mortality, and Higher Incidence of Overt Dilated Cardiomyopathy. BioMed Res Int. 2015, 465342 (2015).
- Bueno, C., et al. Human adult periodontal ligament-derived cells integrate and differentiate after implantation into the adult mammalian brain. Cell Transplant. 22, 2017-2028 (2013).
- Sahn, D. J., DeMaria, A., Kisslo, J., Weyman, A. Recommendations regarding quantitation in M-mode echocardiography: results of a survey of echocardiographic measurements. Circulation. 58, 1072-1083 (1978).
- Thomas, W. P., et al. Recommendations for standards in transthoracic two-dimensional echocardiography in the dog and cat. Echocardiography Committee of the Specialty of Cardiology, American College of Veterinary Internal Medicine. J Vet Intern Med. 7, 247-252 (1993).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 16, 233-270 (2015).
- Feldman, A. T., Wolfe, D. Tissue processing and hematoxylin and eosin staining. Methods Mol Biol. 1180, 31-43 (2014).
- Howat, W. J., Wilson, B. A. Tissue fixation and the effect of molecular fixatives on downstream staining procedures. Methods. 70, 12-19 (2014).
- Cohen, A. H. Masson’s trichrome stain in the evaluation of renal biopsies. An appraisal. Am J Clin Pathol. 65, 631-643 (1976).
- Corti, R., et al. Real time magnetic resonance guided endomyocardial local delivery. Heart. 91, 348-353 (2005).
- Springer, M. L., et al. Closed-chest cell injections into mouse myocardium guided by high-resolution echocardiography. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 289, H1307-H1314 (2005).
- Aoki, M., et al. Efficient in vivo gene transfer into the heart in the rat myocardial infarction model using the HVJ (Hemagglutinating Virus of Japan)–liposome method. J Mol Cell Cardiol. 29, 949-959 (1997).
- Guzman, R. J., Lemarchand, P., Crystal, R. G., Epstein, S. E., Finkel, T. Efficient gene transfer into myocardium by direct injection of adenovirus vectors. Circ Res. 73, 1202-1207 (1993).
- Magovern, C. J., et al. Direct in vivo gene transfer to canine myocardium using a replication-deficient adenovirus vector. Ann Thorac Surg. 62, 425-433 (1996).
- Suzuki, K., et al. Role of interleukin-1beta in acute inflammation and graft death after cell transplantation to the heart. Circulation. 110, II219-II224 (2004).
- Fukushima, S., et al. Direct intramyocardial but not intracoronary injection of bone marrow cells induces ventricular arrhythmias in a rat chronic ischemic heart failure model. Circulation. 115, 2254-2261 (2007).
- Vela, D., Maximilian Buja, L., Miller, L. W., Taylor, D. A., Willerson, J. T. . Stem Cell and Gene Therapy for Cardiovascular Disease. , 13-23 (2016).
- Fargas, A., Roma, J., Gratacos, M., Roig, M. Distribution and effects of a single intramuscular injection of India ink in mice. Ann Anat. 185, 183-187 (2003).
- Dib, N., et al. Recommendations for successful training on methods of delivery of biologics for cardiac regeneration: a report of the International Society for Cardiovascular Translational Research. JACC Cardiovasc Interv. 3, 265-275 (2010).
- Mu, Y., Cao, G., Zeng, Q., Li, Y. Transplantation of induced bone marrow mesenchymal stem cells improves the cardiac function of rabbits with dilated cardiomyopathy via upregulation of vascular endothelial growth factor and its receptors. Exp Biol Med (Maywood). 236, 1100-1107 (2011).
- Giraldo, A., et al. Percutaneous intramyocardial injection of amniotic membrane-derived mesenchymal stem cells improves ventricular function and survival in non-ischaemic cardiomyopathy in rabbits. Eur Heart J. 36, 149 (2015).
- Giraldo, A., et al. Allogeneic amniotic membrane-derived mesenchymal stem cell therapy is cardioprotective, restores myocardial function, and improves survival in a model of anthracycline-induced cardiomyopathy. Eur J Heart Fail. 19, 594 (2017).
- Prendiville, T. W., et al. Ultrasound-guided transthoracic intramyocardial injection in mice. J Vis Exp. , e51566 (2014).
- Laakmann, S., et al. Minimally invasive closed-chest ultrasound-guided substance delivery into the pericardial space in mice. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 386, 227-238 (2013).
- Hasenfuss, G. Animal models of human cardiovascular disease, heart failure and hypertrophy. Cardiovasc Res. 39, 60-76 (1998).
- Ponikowski, P., et al. Depressed heart rate variability as an independent predictor of death in chronic congestive heart failure secondary to ischemic or idiopathic dilated cardiomyopathy. Am J Cardiol. 79, 1645-1650 (1997).
- Nolan, J., et al. Prospective study of heart rate variability and mortality in chronic heart failure: results of the United Kingdom heart failure evaluation and assessment of risk trial (UK-heart). Circulation. 98, 1510-1516 (1998).
- Galinier, M., et al. Depressed low frequency power of heart rate variability as an independent predictor of sudden death in chronic heart failure. Eur Heart J. 21, 475-482 (2000).
- Sheng, C. C., Zhou, L., Hao, J. Current stem cell delivery methods for myocardial repair. BioMed Res Int. 2013, 547902 (2013).
- Kim, R. J., et al. The use of contrast-enhanced magnetic resonance imaging to identify reversible myocardial dysfunction. N Engl J Med. 343, 1445-1453 (2000).
- Perin, E. C., et al. Transendocardial, autologous bone marrow cell transplantation for severe, chronic ischemic heart failure. Circulation. 107, 2294-2302 (2003).
