概要

マウスモデルにおける虚血再灌流損傷後の幹細胞の筋内内出産の遅延

Published: September 03, 2020
doi:

概要

幹細胞は、心筋損傷を有する個人の潜在的な治療法として継続的に調査されるが、損傷した組織内での生存率および保持率の低下は、長期的な有効性に影響を与える可能性がある。本稿では虚血再灌流傷害のマウスモデルにおける幹細胞送達の代替方法を述べる。

Abstract

心筋損傷を有する個人における心機能回復のための幹細胞(SC)の使用に大きな関心がある。最も一般的には、心筋幹細胞療法は、心筋損傷の誘発と同時にSCを送達することによって研究される。しかし、このアプローチは2つの大きな制限を提示する:初期の敵対的な炎症促進虚血環境は移植されたSCの生存に影響を与える可能性があり、それはSCが使用される可能性が高い亜急性梗塞シナリオを表すものではありません。ここでは、虚血再灌流傷害の誘導および間葉系幹細胞(MCs)の送達のための2部構成の一連の外科的処置について説明する。幹細胞投与のこの方法は、初期免疫応答を回避することによって損傷した組織の周りに長い生存率および保持を可能にし得る。間葉系幹細胞の送達を伴うマウス(3.0 x105)で虚血再灌流傷害のモデルを誘発し、構成的に発現したCMVプロモーターの下でレポーター遺伝子ホタルルシファーゼを安定的に発現し、7日後に心内に発現した。動物は、それぞれ細胞の傷害および注射の確認のために超音波および生物発光画像を介して画像化した。重要なことに、SC配信に対してこの2つの手順アプローチを実行する場合、合併症率は追加されなかった。この幹細胞投与方法は、最先端のレポーター遺伝子の利用と共に、臨床的に一般的に見られる慢性虚血の状況における移植SCの生存率および保持のインビボ研究を可能にし、同時に初期の炎症反応を回避することができる。要約すると、我々は、損傷した組織の再生を促進する潜在的な新しいアプローチとして使用することができる心筋への幹細胞の遅延送達のためのプロトコルを確立した。

Introduction

心血管疾患は、世界的に罹患率と死亡率の最も一般的な原因であり続けています。心臓虚血性事象は心筋および周囲の細胞1の全機能に有害であることが分かった。心筋細胞の̴0.45~1.0%だけが、心筋損傷が起こった後、毎年再生する治療の開発に対する需要の高まりと本質的な焦点にもかかわらず、負傷した組織の再生を助ける治療法は確立するのが困難であり、さらに最適化33、4、54,5を必要としている。幹細胞療法は、虚血性のイベントの後に損傷した組織を若返らせるための代替パスとして導入されています。しかし、これらの治療法の進歩は、細胞の限られた生存と保持によって、傷ついた領域6に挑戦されてきた。

虚血性イベント後の心臓の微小環境は、低酸素、酸化促進、および炎症促進として特徴付けることができ、生存のために適応する治療幹細胞に対する敵対的な条件を提示する7,8。8免疫応答が傷害に続いて引き起こされると、ナイーブリンパ球、マクロファージ、好中球および肥満細胞は、死にかけている細胞を除去し、組織改修のためのプロセスを調節することによって損傷を修復しようと99,10, 11.,11虚血後の最初の3日以内に、炎症は、領域10、12,12に好中球および単球の数が多い炎症が炎症のピークに達する。7日後、炎症の多くが沈静化し、修復細胞への移行が始まり、再造りカスケードが完了するまで続き、マウス13では約14日である。私たちの外科的方法は、虚血再灌流傷害後のピーク自然免疫応答をバイパスするために、心筋への生物学的製剤の導入に対する潜在的な代替アプローチである。同時に、急性心筋梗塞と比較して考慮すべき異なる変数がある亜急性/慢性虚血の状態での任意の治療法の研究を可能にする。

Protocol

実験は、雌のC57BL/6マウス、10〜12週齢および20〜25g体重に対して行った。すべての動物の手順は、実験動物のケアと使用のためのガイドに記載されている基準に準拠しました (実験動物資源研究所, 米国科学アカデミー, ベセスダ, MD, 米国) メイヨークリニック医科大学施設動物ケア使用委員会によって承認されました (IACUC). 1. 準備と挿管 手術前に手術?…

Representative Results

0日目にマウスで虚血再灌流傷害を誘発し、続いて幹細胞移植の前日に術後心エコー図と心電図を行った。超音波および心電図分析は梗塞を確認し、心室収縮機能を低下させた(図1A-D)。さらにデータを調べると、虚血性損傷を受けたマウスでは駆出率および分数短縮率が減少し、期末拡張期および収縮期の体積が増加した(表1)。正常なマウス心?…

Discussion

世界中で8500万人以上の人々が心血管疾患の影響を受けています3.これらの虚血性事象の高い有病率は、損傷した組織の再生を促進するための代替療法のさらなる開発および拡大を保証する。従来の方法は、治療剤1のその後の投与を伴う急性の設定で虚血再灌流手順を利用する。炎症反応は、心臓虚血性イベントを開始してから3〜4日間のピークにあり、好?…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

なし。

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

参考文献

  1. Franchi, F., et al. The Myocardial Microenvironment Modulates the Biology of Transplanted Mesenchymal Stem Cells. Molecular Imaging Biology. , (2020).
  2. Bergmann, O., et al. Evidence for cardiomyocyte renewal in humans. Science. 324 (5923), 98-102 (2009).
  3. Writing Group, M., et al. Heart Disease and Stroke Statistics-2016 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 133 (4), 38 (2016).
  4. 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).
  5. Terzic, A., Behfar, A. Regenerative heart failure therapy headed for optimization. European Heart Journal. 35 (19), 1231-1234 (2014).
  6. 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).
  7. Kubli, D. A., Gustafsson, A. B. Mitochondria and mitophagy: the yin and yang of cell death control. Circulation Research. 111 (9), 1208-1221 (2012).
  8. Psaltis, P. J., et al. Noninvasive monitoring of oxidative stress in transplanted mesenchymal stromal cells. JACC Cardiovascular Imaging. 6 (7), 795-802 (2013).
  9. Peet, C., Ivetic, A., Bromage, D. I., Shah, A. M. Cardiac monocytes and macrophages after myocardial infarction. Cardiovasc Research. 16 (6), 1101-1112 (2020).
  10. Swirski, F. K., Nahrendorf, M. Cardioimmunology: the immune system in cardiac homeostasis and disease. Nature Reviews Immunology. 18 (12), 733-744 (2018).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).

Play Video

記事を引用
Olthoff, M., Franchi, F., Peterson, K. M., Paulmurugan, R., Rodriguez-Porcel, M. Delayed Intramyocardial Delivery of Stem Cells after Ischemia Reperfusion Injury in a Murine Model. J. Vis. Exp. (163), e61546, doi:10.3791/61546 (2020).

View Video