Implantering av hiPSC-avledet Hjertemuskel oppdateringer etter hjerteinfarkt skade i en Guinea Gris modell
Summary
Her presenterer vi en protokoll for induksjon av venstre ventrikkel cryoinjury etterfulgt av implantering av en Hjertemuskel patch, avledet fra menneskelige iPS-celle cardiomyocytes i en guinea gris modell.
Abstract
På grunn av begrenset gjenfødelse kapasitet på hjertet i voksen pattedyr, hjerteinfarkt resultater i en permanent tap av cardiomyocytes. Dette tapet av relevante mengder hjertemuskelen masse kan føre til hjerte svikt. Foruten hjertet transplantasjon er det ingen helbredende behandlingsalternativet for sluttstadiet hjertesvikt. I tider med orgel donor mangel, er orgel uavhengig behandlingsmetoder nødvendig. Venstre ventrikkel bistå enheter er en lovende behandling alternativet, men spesielt som mål terapi, begrenset av bivirkninger som slag, infeksjoner og bleedings. De siste årene, har flere cellebiologi strategier inkludert stamcelleforskningen injeksjon, hjerte progenitors eller hjerteinfarkt tissue engineering blitt undersøkt. Siste forbedringer i cellebiologi tillate differensiering av store mengder cardiomyocytes avledet fra menneskelige indusert pluripotent stamceller (iPSC). En av de cellebiologi strategiene for tiden under evaluering er å transplantere kunstig hjerte vev. Foretatt hjertet vev (EHT) er en tredimensjonal i vitro opprettet cardiomyocyte nettverket, med funksjonelle egenskaper av innfødte hjertet vev. Vi har opprettet EHT-flekker hiPSC avledet cardiomyocytes. Her presenterer vi en protokoll for induksjon av venstre ventrikkel hjerteinfarkt cryoinjury i et marsvin, etterfulgt av implantasjon av hiPSC avledet EHT på den venstre ventrikkel veggen.
Introduction
Antall pasienter med hjertesvikt øker i våre aldrende befolkning. For sluttstadiet hjertesvikt er orthotopic hjertet transplantasjon alternativet bare helbredende behandling. Men særlig i europeiske land er det en økende orgel donor mangel. Derfor er alternative behandlingstilbud nødvendig. Nylige prestasjoner i mekanisk sirkulasjons støtte er lovende, men særlig på lang sikt kjøre, begrenset av bivirkninger som blødning, pumpe blodpropp og smittsomme komplikasjoner1.
Endogene gjenfødelse kapasitet voksen menneskehjertet er svært begrenset. Cardiac regenerasjon terapi kan derfor bli et alternativ behandlingsalternativ for sluttstadiet hjertesvikt pasienter2,3. Ulike teknikker inkludert stilk cellen-basert celle injeksjon eller vev engineering tilnærminger har vært beskrevet3,4,5.
Menneskelige indusert pluripotent stamceller (hiPSC), samt menneskelige embryonale stamceller (hESC) kan differensieres effektivt å spontant slo menneskelige cardiomyocytes6, som har vært en stor prestasjon i feltet av cardiac regenerativ terapier.
Erstatte myokard etter et hjerteinfarkt og forbedre funksjonen av et sviktende hjerte, er overlevelse av et passende antall cardiomyocytes og deres mekaniske og elektriske kobling med innfødt hjertet viktig. Undersøke potensialet i cardiac regenerativ Therapy med menneskelige iPS celle avledet cardiomyocytes, kreves en passende forskning modell. Den ideelle modellen bør være kostnadseffektivt og har menneskelignende fysiologi og elektrofysiologi. Store dyr modeller som griser ville være ideelt fra dette synspunkt, men disse eksperimentene er svært dyrt og store mengder cardiomyocytes ville være nødvendig å erstatte en relevant rekke cardiomyocytes for å se til venstre ventrikkel funksjonen i en gris hjerteinfarkt modell.
For å svare elementære biologiske spørsmål mot menneskelig cellebasert cardiac gjenfødelse, f.eks er celle overlevelse, endometrial blodkar og elektriske kobling, små dyr modeller mer egnet. Fra de tilgjengelige lite dyr modellene er marsvin nyttigst arter, sammenlignet med rotter og mus, som deres elektrofysiologi mer ligner situasjonen i mennesker7. I denne marsvin modellen fikk vi en transmuralt cryoinjury av venstre ventrikkel. En uke etter induksjon av hjerteinfarkt implantering av en tredimensjonal, ble spontant slo hiPS-cellers avledet cardiomyocyte oppdateringen utført. Cardiomyocyte celle overlevelse ble evaluert 28 dager etter implantasjon av histologiske eksamen.
Protocol
Representative Results
Discussion
En rekke små dyr modeller er tilgjengelig å studere effekten som cellen transplantasjon utøver på skadde hjerter9,10,11. Vi valgte et marsvin modell på grunn av alle små dyr modeller sin (elektro) fysiologi ligner mest for mennesker. Fordelene av små dyr modeller er enkle boliger, håndterbare kostnader og få arbeidsstokken. Med mus og rotter er guinea pigs´ hjerte (elektro) fysiologi mer lik mennesker. Spesielt hjerte …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Finansiering ble mottatt for denne studien
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).
