Perkütan kontrast Ekokardiyografi güdümlü Intramyocardial enjeksiyon ve hücre teslim büyük preklinik modeli
Summary
Onlar insanlar kullanmak için kabul edilebilir önce kardiyak rejeneratif tıp roman tedavi stratejileri kapsamlı ve detaylı çalışmalar büyük preklinik hayvan modellerinde gerektirir. Burada, biz perkütan kontrast Ekokardiyografi güdümlü intramyocardial enjeksiyon tekniği Tavşanlarda, roman böyle tedavilerin etkinliğini test hipotez için değerli olan göstermek.
Abstract
Hücre ve gen tedavisi heyecan verici ve kalp yetmezliği ile kardiyak rejenerasyon ayarında amacıyla umut verici stratejileri düşük ejeksiyon fraksiyonu (HFrEF). Onlar kullanım için kabul ve insanlarda uygulanan önce geniş preklinik çalışmaları büyük hayvan modellerinde güvenlik, etkinlik ve bir kez Miyokardiyum teslim kaderi injectate (örneğin, kök hücre) değerlendirmek için gerekir. Küçük kemirgen modelleri (maliyet etkinliği, amenability genetik manipülasyon içinörneğin); avantaj sunar Ancak, bu modeller içerdiği sınırlamaları göz önüne alındığında, bu bulguların nadiren kliniğe çevirmek. Diğer taraftan, büyük hayvan tavşan gibi modellerinde avantajları (örneğin, insanlar ve diğer büyük hayvanlar ile karşılaştırıldığında benzer kardiyak Elektrofizyoloji), ederken iyi bir maliyet-etkin denge koruyarak. Burada, minimal invaziv, güvenli, iyi tolere ve injectates hücreleri de dahil olmak üzere, hedeflenen teslimat çok etkili bir perkütan kontrast Ekokardiyografi güdümlü intramyocardial enjeksiyon (ımı) teknik gerçekleştirme göstermek, bir tavşan modeli Miyokardiyum içinde birkaç adresleri girmiş. Bu tekniğin uygulanması için yaygın olarak kullanılan klinik Ekokardiyografi sistemin avantajı da aldık. Burada açıklanan protokol pratikte konulduktan sonra bir araştırmacı temel ultrason bilgisi olan bu çok yönlü ve minimal invaziv teknik deney, Hipotez testleri amaçlı, rutin kullanım için performans yetkili olacak tavşan modelindeki kardiyak rejeneratif therapeutics yeteneklerini. Tavşan anaesthetizing sonra yetkinlik elde sonra tüm prosedürü 25 dk içinde gerçekleştirilebilir.
Introduction
Hücre ve gen terapileri heyecan verici ve hiç HFrEF yaralı Miyokardiyum Yenileyici/onarmak için stratejiler geliştirmek. Bir kaç çalışmalar hücre teslim, ımı üstünlük intrakoroner veya intravenöz yol1,2 üzerinde tutarlı bir şekilde göstermiştir farklı yolların etkinliği (örneğin, hücre tutma oranı) karşılaştırıldığında var , 3 , 4 , 5. böylece, kök hücre tedavisi yaralı Miyokardiyum translasyonel modelleri üzerinde çalışmalar büyük bir kısmı injectate bir açık göğüs yordamı ‘6,7 doğrudan görünümü altında gerçekleştirilen ımı üzerinden teslim şaşırtıcı değildir . Ancak, bu yaklaşım peri-usul mortalite (genellikle altında bildirilen)8risk taşıdığını yordam invaziv yapısı dahil olmak üzere bazı sınırlamaları vardır. Buna ek olarak, doğrudan görünümü altında bir ımı ventrikül boşluğuna içine yanlışlıkla enjeksiyon için olasılığı ortadan kaldırmaz. Klinik pratikte bir ımı açık göğüs cerrahisi sırasında olabilir uygun bir yöntem’tedavi hücre dır, örneğin, sırasında koroner arter bypass greft cerrahisi (CABG); Ancak, bu yaklaşım içinde küresel kardiyomiyopati (örneğin, HFrEF Antrasiklin kaynaklı kardiyomiyopati (AICM) ikincil) iskemik olmayan menşe hücre teslimat için uygun olmayabilir.
Hiç şüphe yok ki bu iskemik kalp hastalığı (IHD) olduğunu HFrEF en sık nedeni olduğunu (~ % 66)9,10; ancak, Sigara iskemik kardiyomiyopati, AICM, dahil olmak üzere hala hasta HFrEF (% 33)9 ile önemli bir bölümünü etkiler . Nitekim, klinik Onkoloji son gelişmeler kanser ABD tek başına11, 10 milyondan fazla ölüm tahminler Avrupa’daki kanser hastaları12 geliştirilmiş yaşama doğru genel bir eğilim ile tutarlı benzer bir sayının ile sonuçlandı ,13. Böylece, kök hücre nakli olmayan iskemik kardiyomiyopati, hem de kök hücre teslimat etkili ve minimal invaziv bir rotanın trialing için son derece önemlidir gibi yeni tedaviler faydaları keşfetmek, verilen hastaların sayısının artması rastlantısal antikanser ilaçlar için ikinci tarafından etkilenen.
Not, Hipotez testleri kullanarak kök hücre tedavisi yaralı Miyokardiyum sık onarım/yeniden amaçlayan çalışmalar küçük kemirgen (örneğin, fare ve sıçanlar) kullanımını gerektirir. Bu modeller genellikle genellikle bazı içerdiği ilişkili sınırlamaları (örneğin, yankı)14olan doğrusal dizi dönüştürücüler ile donatılmış miyokard fonksiyon değerlendirilmesi için pahalı yüksek frekans ultrason sistemleri gerektirir. Ancak, tavşanlar, büyük preklinik modeli temsil gibi diğer modeller HFrEF kök hücre tedavilerin Hipotez testleri için bazı avantajları var. Böylece, sıçanlar ve fareler aksine, tavşan bir Ca+ 2 taşıma sistemi ve insan ve (diğer büyük hayvanlarörneğin, köpek ve domuz)15,16,17 benzer hücresel Elektrofizyoloji korumak ,18,19. Diğer bir avantajı, kardiyak ultrason görüntüleme nispeten ucuz kullanarak ve yaygın olarak kullanılan klinik Ekokardiyografi sistemleri gibi nispeten yüksek frekans faz dizi güç çeviriciler, örneğin, 12 MHz ile donatılmış için onların amenability olduğunu Bu sık kullanılan yenidoğan ve pediatrik Kardiyoloji. Bu sistemlerin en modern teknoloji ile mükemmel Ekokardiyografik görüntülemede izin ve harmonik20düşsel üstünlük yararlanmak. Ayrıca, potansiyel kardiyak rejeneratif terapileri (örneğin, kök hücre tedavisi), onların Emanet, etkinlik, cardiomyogenic potansiyel yanı sıra bir kez injectate kaderi değerlendirilmesi geniş Hipotez testleri teslim içine Miyokardiyum, zorunlu önce insan kullanım için kabul edilebilir ve onlar tavşan17,19gibi büyük preklinik hayvan modelleri kullanılmasını gerektirir. Burada, kök hücre nakli tabanlı tedavisi olmayan iskemik kardiyomiyopati20 için amaçlayan bir klinik Ekokardiyografi sistemi kullanarak perkütan kontrast-Ekokardiyografi destekli ımı ile hücre teslimat için minimal invaziv tekniği tarif . Ayrıca, injectate tavşan kalbinde bir ultrason kontrast Ajan ve in situ izleyici olarak çini mürekkebi (ını, Çin mürekkep olarak da bilinir) faydaları açıklar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tavşan (bir büyük ölçekli preklinik hayvan modeli)17,18, Miyokardiyum içine kök hücrelerin tesliminde kullanımı yararlanan ederken kullanılabilecek bir minimal invaziv tekniği geliştirmek için birincil hedefi oldu bir nispeten ucuz görüntüleme sistemi birçok klinik kullanıma hazır ve araştırma merkezleri. Burada, biz, bir klinik Ekokardiyografi sistemi kullanarak göstermek ve ını, in situ izleme yetenekleri ve echogenic özellikl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Sheila Monfort, Brenda Martínez, Carlos Micó, Alberto Muñoz ve Manuel Molina EGFP(+) HEK-293 hücreler sağlamak için veri ve Carlos Bueno toplanması sırasında sağlanan mükemmel destek için teşekkür ederiz. Bu eser kısmen tarafından desteklenmiştir: Fundación Séneca, Agencia de Ciencia y Tecnología, Región de Murcia, İspanya (JT) (izni numarası: 11935/PI/09); Red de Terapia Celular, ISCIII-Sub. Gral. Redes, VI PN de ben + D + ben 2008-2011 (vermek yok. RD12/0019/0001) (JMM), ortak finanse yapısal fon ile Avrupa Birliği’nin (FEDER,) (JMM); ve okuma Üniversitesi, Amerika Birleşik Devletleri (AG, GB) (Merkez fon). Fon çalışma tasarım, veri toplama ve analizi, yayımlamaya karar veya el yazması hazırlanması herhangi bir rolü yoktu.
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).
