Różne protokoły dostarczania komórek zostały przetestowane na mysich i szczurzych modelach chorób sercowo-naczyniowych w celu przełożenia skuteczności, skuteczności i bezpieczeństwa tej eksperymentalnej procedury na ludzi. W sercach małych gryzoni najbardziej wykonalną metodą dostarczania komórek do mięśnia sercowego jest1,2, podczas gdy w sercu szczura można również zastosować infuzję komórek wewnątrzwieńcowych antegrade3 iwstecz 4. Obie metody mają swoje ograniczenia i zalety. Dostarczanie komórek drogą wewnątrzwieńcową ma teoretyczną przewagę nad bezpośrednim wstrzyknięciem domięśniowym w promowaniu globalnego rozprzestrzeniania się komórek3, ale wiąże się również z ryzykiem wywołania zatorowości wieńcowej3,5. Ograniczenia w dostarczaniu do mięśnia sercowego są związane z urazami mechanicznymi, ostrymi stanami zapalnymi i uszkodzeniem mięśnia sercowego6,7. U ludzi komórki do naprawy serca są dostarczane przez wstrzyknięcie do mięśnia sercowego przez wsierdzia lub chirurgiczne przejście nasierdziowe lub drogą dotętniczą8. Wstrzyknięcie drogą przeznaczyniową jest odpowiednie dla pacjentów z ostrym zawałem i reperfundowanym mięśniem sercowym, ale może nie być możliwe w przypadku całkowitej niedrożności lub słabego przepływu w naczyniach dotkniętych chorobąterytorium 9. Bezpośrednie wstrzyknięcie do ściany komory za pomocą wstrzyknięcia przezwsierdziowego lub przeszysierdziowego jest technicznie wykonalne w zależności od stanu zdrowia pacjenta. Rzeczywiście, wykazano, że technika ta jest bezpieczna10,11, chociaż w przypadku wstrzyknięcia przezepikardziowego konieczna jest operacja na otwartej klatce piersiowej, a w przypadku dostępu przezśródwsierdziowego wymagane jest mapowanie elektrofizjologiczne dla każdego pacjenta w celu różnicowania miejsc żywotnego niedokrwiennego lub bliznowatego mięśnia sercowego9.
Co ważne, w badaniach nad terapią komórkową wybór najlepszej komórki do przeszczepu jest nadal badany. Analizy krótkoterminowe (4 tygodnie) wykazały, że wstrzyknięcie komórek macierzystych serca zdefiniowanych jako komórki populacji kardiosfery12 lub komórki populacji bocznej ze szpiku kostnego13 spowodowało poprawę czynności serca w mysich modelach zawału mięśnia sercowego14 iszczurów 15 poprzez zmniejszenie rozmiaru blizny i śmierci komórek. Stwierdzono, że allogeniczny przeszczep kardiosfery w modelu zawału mięśnia sercowego szczura bez immunosupresji jest bezpieczny, wspomaga regenerację serca i poprawia czynność serca poprzez stymulację endogennych mechanizmów naprawczych15. Wykazano, że dorosłe komórki progenitorowe Lin-/c-kit+ w sercu są samoodnawiające się, klonogeniczne i multipotencjalne in vitro i in vivo, a po wstrzyknięciu do niedokrwionego serca szczura odtwarzały duże części uszkodzonej ściany mięśnia sercowego16 i miały zdolność do tworzenia przewodzących i średniej wielkości tętnic wieńcowych17. Te obiecujące dane stały się podstawą badań klinicznych fazy I i II na ludziach: wstrzyknięcie autologicznych i allogenicznych mezenchymalnych komórek macierzystych (MSC)18, kardiosfer19 lub komórek macierzystych serca c-Kit dodatnich (CSC)20 w niedokrwionych ludzkich sercach wykazało korzystny wpływ na czynność serca w badaniach długoterminowych. Niemniej jednak szeroko zakrojona długoterminowa obserwacja i retrospektywna metaanaliza wykazały, że terapia komórkami macierzystymi przynosi znaczące korzyści niektórym pacjentom, ale nie innym, z szeregiem nieprzewidywalnych wyników21. Możliwe, że te ograniczenia będą wymagały zaprojektowania konkretnych protokołów dostarczania komórek dla każdej osoby i każdej choroby.
W modelach mysich i szczurzych, długoterminowe badania wykazały, że wstrzyknięcie komórek nie poprawiło dalej funkcji serca (12 miesięcy). Rzeczywiście, przeszczepy ludzkich kardiomiocytów pochodzących z embrionalnych komórek macierzystych (hESC-CM) zostały w dużej mierze wyizolowane z mięśnia sercowego gospodarza przez warstwę tkanki zwłóknieniowej22,23. Podobne wyniki zaobserwowano po domięśniowym przeszczepie mioblastów szkieletowych do serca myszy z zawałem24. Co więcej, długoterminowa zdolność allogenicznych MSCs do zachowania funkcji w sercu po zawale została ograniczona przez przejście ze stanu immunouprzywilejowanego do immunogennego po różnicowaniu25.
Biorąc pod uwagę wyzwania i perspektywy opisane powyżej, pokazujemy tutaj, jak dostarczyć komórki za pomocą iniekcji domięśniowej u myszy. Obserwujemy, że komórki pozbawione właściwości kurczliwych kardiomiocytów nie są połączone z mięśniem sercowym gospodarza i tworzą spójną masę z cienką barierą zwłóknieniową. Chociaż w niektórych przypadkach wynik ten może być korzystny, poniższa analiza może być przydatna do zrozumienia, w jaki sposób wszczepienie komórek może być modulowane w celu wytworzenia funkcjonalnie połączonych struktur mięśnia sercowego.