Vertraagde intramyocardial levering van stamcellen na Ischemie Reperfusie Letsel in een Murine Model
Summary
Stamcellen worden voortdurend onderzocht als mogelijke behandelingen voor personen met myocardiale schade, maar hun verminderde levensvatbaarheid en retentie in gewond weefsel kan hun werkzaamheid op lange termijn beïnvloeden. In dit manuscript beschrijven we een alternatieve methode voor stamcellevering in een murinemodel van ischemie reperfusieletsel.
Abstract
Er is aanzienlijke belangstelling voor het gebruik van stamcellen (SC’s) voor het herstel van de hartfunctie bij personen met myocardiale verwondingen. Meestal wordt cardiale stamceltherapie bestudeerd door scs gelijktijdig te leveren met de inductie van myocardiaal letsel. Deze aanpak bevat echter twee belangrijke beperkingen: de vroege vijandige pro-inflammatoire ischemische omgeving kan de overleving van getransplanteerde SC’s beïnvloeden, en het vertegenwoordigt niet het subacute infarct scenario waar SC’s waarschijnlijk zullen worden gebruikt. Hier beschrijven we een tweedelige reeks chirurgische ingrepen voor de inductie van ischemie-reperfusieletsel en de levering van mesenchymale stamcellen (MSCs). Deze methode van stamcel toediening kan zorgen voor de langere levensvatbaarheid en retentie rond beschadigd weefsel door het omzeilen van de eerste immuunrespons. Een model van ischemie reperfusie letsel werd geïnduceerd bij muizen vergezeld van de levering van mesenchymale stamcellen (3.0 x 105), stabiel uitdrukken van de verslaggever gen firefly luciferase onder de constitutief uitgedrukte CMV promotor, intramyocardially 7 dagen later. De dieren werden afgebeeld via echografie en bioluminescente beeldvorming voor de bevestiging van letsel en injectie van cellen, respectievelijk. Belangrijk is dat er geen extra complicatiepercentage was bij het uitvoeren van deze twee-procedure benadering voor SC-levering. Deze methode van stamcel toediening, gezamenlijk met het gebruik van state-of-the-art reporter genen, kan zorgen voor de in vivo studie van levensvatbaarheid en retentie van getransplanteerde SCs in een situatie van chronische ischemie vaak klinisch gezien, terwijl ook het omzeilen van de eerste pro-inflammatoire reactie. Samengevat hebben we een protocol opgesteld voor de vertraagde levering van stamcellen in het myocardium, dat kan worden gebruikt als een potentiële nieuwe aanpak bij het bevorderen van regeneratie van het beschadigde weefsel.
Introduction
Hart- en vaatziekten blijven wereldwijd de meest voorkomende oorzaak van morbiditeit en mortaliteit. Cardiale ischemische gebeurtenissen zijn gevonden om schadelijk te zijn voor de algehele functie van het myocardium en de omliggende cellen1. Slechts ̴0,45-1,0% van de cardiomyocyten zal elk jaar regenereren na myocardiale schade optreedt2. Ondanks de groeiende vraag en de inherente focus op het ontwikkelen van behandelingen, therapieën die helpen bij de regeneratie van gewond weefsel zijn moeilijk vast te stellen en nog steeds verdere optimalisatie3,4,5. Stamceltherapieën zijn geïntroduceerd als een alternatief pad om beschadigd weefsel te verjongen na een ischemische gebeurtenis; echter, de vooruitgang van deze therapieën is uitgedaagd door de beperkte overleving en het behoud van de cellen naar een gewond gebied6.
De micro-omgeving van het hart na een ischemische gebeurtenis kan worden gekarakteriseerd als hypoxische, pro-oxidant en pro-inflammatoire, met vijandige omstandigheden voor therapeutische stamcellen om zich aan te passen aan overleving7,8. Als een immuunrespons wordt geactiveerd na letsel, naïeve lymfocyten, macrofagen, neutrofielen en mastcellen proberen om de schade te herstellen door het verwijderen van stervende cellen en moduleren van het proces voor weefsel remodelleren9,10,11. Binnen de eerste 3 dagen na ischemie is ontsteking op zijn hoogtepunt met het vrijkomen van pro-inflammatoire cytokinen met een groot aantal neutrofielen en monocyten in het gebied10,12. Na 7 dagen is een groot deel van de ontsteking verdwenen en begint de overgang naar herstellende cellen, die doorgaan tot de herinrichtingscascade is voltooid, ongeveer 14 dagen bij muizen13. Onze chirurgische methode is een mogelijke alternatieve benadering van de introductie van biologische in het myocardium om de piek aangeboren immuunrespons na ischemie reperfusieletsel te omzeilen. Tegelijkertijd zal het mogelijk maken voor de studie van eventuele behandelingen in een toestand van subacute / chronische ischemie waar er verschillende variabelen te overwegen in vergelijking met acute hartinfarct.
Protocol
Representative Results
Discussion
Meer dan 85 miljoen mensen wereldwijd worden getroffen door hart- en vaatziekten3. De hoge prevalentie van deze ischemische gebeurtenissen rechtvaardigt verdere ontwikkeling en uitbreiding van alternatieve therapieën voor het bevorderen van de regeneratie van beschadigd weefsel. Traditionele methoden maken gebruik van de ischemie reperfusie procedure in een acute omgeving met latere toediening van therapeutica1. Ontstekingsreacties zijn op zijn hoogtepunt tussen 3-4 dagen …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Geen.
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 |
References
- 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).
