Implantation av hiPSC-derived hjärtmuskulatur fläckar efter Myokardskada i marsvin modell
Summary
Här presenterar vi ett protokoll för induktion av vänster ventrikulära cryoinjury följt av implantation av en hjärtmuskulatur patch, härrör från mänsklig iPS-cell hjärtmuskelcellerna i ett marsvin modell.
Abstract
På grund av den begränsade förnyelsekapacitet av hjärtat hos vuxna däggdjur, hjärtinfarkt resulterar i en oåterkallelig förlust av hjärtmuskelceller. Denna förlust av relevanta mängder av hjärtmuskeln massan kan leda till hjärtsvikt. Förutom hjärttransplantation finns det ingen kurativ behandlingsalternativ för slutstadiet hjärtsvikt. I tider av givare organbrist behövs orgel oberoende behandlingsformer. Vänster kammare assist enheter är en lovande behandling alternativ, dock särskilt som destination terapi, begränsas av dess biverkningar som stroke, infektioner och blödningar. Under de senaste åren har flera hjärt reparation strategier inklusive stamceller injektion, hjärt föräldraparets eller hjärtinfarkt vävnadsteknik undersökts. Senaste förbättringar i cellbiologi möjliggör differentiering av stora mängder hjärtmuskelceller som härrör från mänskliga inducerade pluripotenta stamceller (iPSC). En av de kardiella reparation strategierna för närvarande under utvärdering är att transplantera konstgjort hjärta vävnad. Bakåtkompilerade hjärta vävnad (EHT) är en tredimensionell in vitro-skapade hjärtmuskelcellen nätverk med funktionella egenskaper av infödda hjärta vävnad. Vi har skapat EHT-patchar från hiPSC härrör hjärtmuskelcellerna. Här presenterar vi ett protokoll för induktion av vänster ventrikulära hjärtinfarkt cryoinjury i ett marsvin, följt av implantation av hiPSC härrör EHT på vänster ventrikulära väggen.
Introduction
Antalet patienter med hjärtsvikt ökar i vår åldrande befolkning. För slutstadiet hjärtsvikt är ortotop hjärttransplantation alternativet endast botande behandling. Men, särskilt i Europa finns det en ökande givare organbrist. Därför behövs alternativa behandlingsmetoder. Senaste prestationer i mekanisk cirkulatorisk support är lovande, men särskilt på lång sikt kör, begränsas av dess biverkningar som blödning, pump trombos och infektiösa komplikationer1.
Den endogena förnyelsekapacitet vuxen människohjärtats är ytterst begränsad. Hjärtats förnyelse terapier kan därför bli ett alternativ behandlingsalternativ för slutstadiet hjärtsvikt patienter2,3. Olika tekniker inklusive stamceller-baserade cell injektionen eller tissue engineering tillvägagångssätt har varit beskrivs3,4,5.
Mänskliga inducerade pluripotenta stamceller (hiPSC), liksom mänskliga embryonala stamceller (hESC) kan effektivt differentieras till spontant slog mänskliga hjärtmuskelceller6, som har varit en stor bedrift i fältet av hjärt regenerativ terapier.
Att ersätta myokardiet efter en hjärtinfarkt och för att förbättra funktionen av en sviktande hjärtat, är överlevnad av ett lämpligt antal hjärtmuskelceller och deras mekaniska och elektriska koppling med infödda hjärtat viktigt. För att undersöka potentialen hos hjärt regenerativ terapier med mänskliga iPS cellen härlett hjärtmuskelceller, behövs en lämplig forskning modell. Den idealiska modellen bör vara kostnadseffektiva och har en människoliknande fysiologi och elektrofysiologi. Stora djurmodeller som svin skulle vara perfekt från denna synpunkt, men dessa experiment är mycket dyra och stora mängder hjärtmuskelcellerna skulle vara nödvändigt att ersätta ett relevant antal hjärtmuskelceller för att se effekter på vänsterkammardysfunktion funktion i en gris infarkt modell.
För att besvara grundläggande biologiska frågor mot mänsklig cell-baserad hjärt regenerering, t.ex. är cellöverlevnad och vaskularisering elektrisk koppling, små djurmodeller lämpligare. Från de tillgängliga små djurmodeller är marsvin den mest användbara arten, jämfört med råttor och möss, som deras elektrofysiologi mer liknar situationen i människor7. I denna marsvin modell inducerade vi en transmural cryoinjury i vänster kammare. En vecka efter induktion av hjärtinfarkt implantation av en tredimensionell, utfördes spontant slog höfter-cellen härlett hjärtmuskelcellen patch. Hjärtmuskelcellen cellöverlevnad utvärderades 28 dagar efter implantation av histologisk undersökning.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det finns en mängd små djurmodeller studera effekten som stamcellstransplantation utövar skadade hjärtan9,10,11. Vi valde ett marsvin modell på grund av alla små djur modeller dess (electro) fysiologi påminner närmast om människor. Fördelarna med små djurmodeller är enkla bostäder, hanterbara kostnader och några arbetsstyrkor. Jämfört med möss och råttor är guinea pigs´ hjärt (electro) fysiologi mer lik män…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ingen finansiering togs emot för denna studie
Materials
| Ventilator (VetFlo Dual Mode) | Kent Scientific | ||
| Forene | abbvie | 1000009819 | |
| Carprofen | Zoetis | 256692 | |
| Atropin | Braun | PZN 00648037 | |
| Buprenorphin | Sigma | ||
| Metal stamp | |||
| Electric soldering iron | Claytools | ||
| 3-0 prolene suture | Ethicon | ||
| 4-0 prolene suture | Ethicon | 662SLH | |
| 5-0 prolene suture | Ethicon | 8710H | |
| 8-0 prolene suture | Ethicon | 8841H | |
| Tungsten Carbide Scissor | FST | No. 14568-12 | |
| Stainless sterilization Container | FST | No. 20890-51 | |
| Graefe Forceps | FST | No.11652-10 | |
| Extra fine Graefe Forceps | FST | No.11150-10 | |
| Forceps | FST | No. 11022-15 | |
| Halsted- Mosquito | FST | No. 13009-12 | |
| Forceps | FST | No.13003-10 | |
| Baby Mixter | FST | No. 13013-14 | |
| Needle holder (Castroviejo with Tungsten Casbide Jaws) | FST | No. 12565-14 | |
| Needle Holder (Halsey) | FST | No. 12501-13 | |
| Alm Retractor with Blumt Teeth | FST | No. 17008-07 | |
| Spring Scissor | FST | No. 15000-00 | |
| Compress 5×5 | Fink + Walter | PZN 08821417 | |
| Venflon Pro Safety | Becton Dickinson | PZN11123964 | |
| Cautery High Temp 2" | Bovie Medical Corporation | 0100607151011055 |
References
- Kirklin, J. K., et al. Seventh INTERMACS annual report: 15,000 patients and counting. The Journal of heart and lung transplantation: the official publication of the International Society for Heart Transplantation. 34, 1495-1504 (2015).
- Soonpaa, M. H., Field, L. J. Survey of studies examining mammalian cardiomyocyte DNA synthesis. Circulation research. 83, 15-26 (1998).
- Shiba, Y., Hauch, K. D., Laflamme, M. A. Cardiac applications for human pluripotent stem cells. Current pharmaceutical design. 15, 2791-2806 (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).
- Kattman, S. J., et al. Stage-specific optimization of activin/nodal and BMP signaling promotes cardiac differentiation of mouse and human pluripotent stem cell lines. Cell stem cell. 8, 228-240 (2011).
- Watanabe, T., Rautaharju, P. M., McDonald, T. F. Ventricular action potentials, ventricular extracellular potentials, and the ECG of guinea pig. Circulation research. 57, 362-373 (1985).
- Weinberger, F., et al. Cardiac repair in guinea pigs with human engineered heart tissue from induced pluripotent stem cells. Science translational medicine. 8, 363ra148 (2016).
- Shiba, Y., et al. Electrical Integration of Human Embryonic Stem Cell-Derived Cardiomyocytes in a Guinea Pig Chronic Infarct Model. Journal of Cardiovascular Pharmacology and Therapy. 19, 368-381 (2014).
- van Laake, L. W., et al. Human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes survive and mature in the mouse heart and transiently improve function after myocardial infarction. Stem cell research. 1, 9-24 (2007).
- Zimmermann, W. H., et al. Engineered heart tissue grafts improve systolic and diastolic function in infarcted rat hearts. Nature medicine. 12, 452-458 (2006).
- Johns, T. N., Olson, B. J. Experimental myocardial infarction. I. A method of coronary occlusion in small animals. Annals of surgery. 140, 675-682 (1954).
- van den Bos, E. J., Mees, B. M., de Waard, M. C., de Crom, R., Duncker, D. J. A novel model of cryoinjury-induced myocardial infarction in the mouse: a comparison with coronary artery ligation. Heart and circulatory physiology. , H1291-H1300 (2005).
