줄기 세포 치료를위한 심근 경색 심부전의 돼지 모델 설립
Summary
우리는 좌측 경부 동맥 막힘과 세포 기반 치료를 위한 줄기 세포의 심혈 투여의 효과 및 안전성 을 테스트하기 위해 신속한 속도에 의해 유도된 심부전의 돼지 모델을 확립하고자 했습니다.
Abstract
심근 경색 (MI)에 따라 심부전 (HF)의 치료에 발전이 달성되었지만 MI에 이어 HF는 전 세계적으로 사망률과 이환율의 주요 원인 중 하나입니다. MI 후 심장 수리 및 왼쪽 심실 기능의 개선을 위한 세포 기반 치료는 상당한 관심을 끌고 있다. 따라서, 이러한 세포 이식의 안전성과 효능은 임상 사용 전에 HF의 전임상 대형 동물 모델에서 시험되어야 한다. 돼지는 심장 크기와 관상 동맥 해부학의 관점에서 인간에 그들의 유사성 때문에 심장 혈관 질병 연구에 널리 사용 됩니다. 따라서, 좌측 일경동맥(LCX)의 폐쇄형 관상동맥 폐색을 이용하여 돼지 만성 HF 모델의 확립을 위한 효과적인 프로토콜을 제시하고, 그 다음으로 심박동기 이식으로 유도된 급속한 심실 조도를 제시했다. 8 주 후, 줄기 세포는 peri-infarct 영역에서 내심 내 주분에 의해 관리되었다. 그런 다음 경색 크기, 세포 생존 및 좌심실 기능(에코카피오그래피, 혈역학 파라미터 및 전기 생리학 포함)을 평가하였다. 이 연구는 줄기 세포 치료를위한 안정적인 전임상 대형 동물 HF 모델을 확립하는 데 도움이됩니다.
Introduction
심혈관 질환, 관상 동맥 질환 (CAD) 특히 홍콩및 전 세계1에서이환율과 사망률의 주요 원인으로 남아 있습니다. 홍콩에서는 2012년부터 2017년까지 병원 당국에 따라 치료된 CAD 환자 수의 26% 증가를예상했습니다. 모든 CAD 중, 급성 심근 경색 (MI)은 심장 마비 (HF)와 같은 사망 및 후속 합병증의 주요 원인입니다. 이들은 중요한 의학, 사회적, 재정적 인 부담에 기여합니다. MI를 가진 환자에서, 혈전 성 요법 또는 1 차적인 경피 관상 동맥 내정간섭 (PCI)는 생명을 보존에 있는 효과적인 치료입니다, 그러나 이 치료는 MI 도중 심근세포 (CM) 손실을 감소시킬 수 있습니다. 유효한 처리는 심장 섬유증, 심근 리모델링, 심장 부정맥 및 결국 심부전으로 이끌어 내는 CMs의 영원한 손실을 보충할 수 없습니다. 1년 후 MI의 사망률은 약 7%이며 20% 이상의 환자가 HF3을개발하고 있다. 말기 HF 환자에서 심장 이식은 유일하게 유효한 치료법이지만 사용 가능한 장기의 부족에 의해 제한됩니다. 새로운 치료법은 MI 이후 HF의 개발을 되돌리기 위해 필요합니다. 그 결과, 세포 기반 치료는 MI 다음 HF에서 손상된 CM을 복구하고 왼쪽 심실(LV) 기능을 개량하는 매력적인 접근법으로 간주됩니다. 우리의 이전 연구는 MI4의작은 동물 모델에서 직접 내트라미니카원 이식 후 심장 기능 개선에 도움이 되는 줄기 세포이식을 발견,5. 표준화된 전임상 대형 동물 HF 프로토콜은 임상 사용 전에 줄기 세포 이식의 효능및 안전성 을 추가로 테스트하는 데 필요합니다.
최근 수십 년 줄기 세포 치료에 대 한 심장 혈관 연구에서 돼지의 광범위 한 사용을 목격 했다. HF 돼지는 심장 크기, 체중, 리듬, 기능 및 관상 동맥 해부학의 관점에서 인간과 유사하기 때문에 번역 연구의 유망한 모델입니다. 더욱이, 돼지 HF 모델은 CM 대사, 전기생리학적 특성 및 허혈성 조건 하에서 신경 내분비 변화의 관점에서 MI 후 HF 환자를 모방할 수 있다6. 여기에 제시된 프로토콜은 이러한 표준화된 돼지 HF 모델을 사용하며, 좌측 순환동맥(LCX)의 폐쇄형 관상 동맥 열구를 사용하고, 이어서 심박동기 이식에 의해 유도된 신속한 속도를 채용한다. 연구 결과는 또한 포스트 MI HF의 처리를 위한 줄기 세포의 심근 관리의 경로를 낙관합니다. 목적은 심각한 CAD를 가진 환자를 위해 임상적으로 관련있는 처리를 개발하기 위하여 이용될 수 있는 만성 심근 경색의 돼지 동물 모형을 생성하는 것입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
표준 동물 모델은 질병의 병리학 및 메커니즘을 이해하고 새로운 치료법을 테스트하는 것이 가장 중요합니다. 우리의 프로토콜은 왼쪽 경부 동맥 막힘과 빠른 속도에 의해 유도 된 HF의 돼지 모델을 설정합니다. MI의 유도 후 8 주, 동물은 LVEF의 상당한 손상을 개발, LVEDD, LVESD, +dP / dt, 그리고 ESPVR. 이 프로토콜은 또한 심혼 주사에 의하여 심혼 재생을 위한 줄기 세포 치료의 관리 방법을 시험합니다. …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 동물 실험 중 뛰어난 기술 적 지원에 대한 알프레다와 쿵탁 정을 인정합니다.
Materials
| Amiodarone | Mylan | – | – |
| Anaesthetic machines and respirator | Drager | Fabius plus XL | – |
| Angiocath | Becton Dickinson | 381147 | – |
| Anti-human nuclear antigen | abcam | ab19118 | – |
| Axio Plus image capturing system | Zeiss | Axioskop 2 PLUS | Axioskop 2 plus |
| AxioVision Rel. 4.5 software | Zeiss | – | – |
| Baytril | Bayer | – | enrofloxacin |
| Betadine | Mundipharma | – | – |
| CardioLab Electrophysiology Recording Systems | GE Healthcare | G220f | – |
| Culture media | MesenCult | 05420 | – |
| Cyclosporine | Novartis | – | – |
| Defibrillator | GE Healthcare | CardioServ | – |
| Dorminal | TEVA | – | – |
| Echocardiographic system | GE Vingmed | Vivid i | – |
| EchoPac software | GE Vingmed | – | – |
| Electrophysiological catheter | Cordis Corp | – | – |
| Embozene Microsphere | Boston Scientific | 17020-S1 | 700 μm |
| Endotracheal tube | Vet Care | VCPET70PCW | Size 7 |
| Ethanol | VWR chemicals | 20821.33 | – |
| Formalin | Sigma | HT501320 | 10% |
| IVC balloon Dilatation Catheter | Boston Scientific | 3917112041 | Mustang |
| JR4 guiding catheter | Cordis Corp | 67208200 | 6F |
| Lidocaine | Quala | – | – |
| Mersilk | Ethicon | W584 | 2-0 |
| Metoprolol succinate | Wockhardt | – | – |
| Microtome | Leica | RM2125RT | – |
| Mobile C arm fluoroscopy equipment | GE Healthcare | OEC 9900 Elite | – |
| Pacemaker | St Jude Medical | PM1272 | Assurity MRI pacemaker |
| Pacemaker generator | St Jude Medical | Merlln model 3330 | – |
| Pressure-volume catheter | CD Leycom | CA-71103-PL | 7F |
| Pressure–volume signal processor | CD Leycom | SIGMA-M | – |
| Programmable Stimulator | Medtronic Inc | 5328 | – |
| PTCA Dilatation balloon Catheter | Boston Scientific | H7493919120250 | MAVERICK over the wire |
| Ramipril | TEVA | – | – |
| Sheath introducer | Cordis Corp | 504608X | 8F, 9F, 12F |
| Steroid | Versus Arthritis | – | – |
| Temgesic | Nindivior | – | buprenorphine |
| Venous indwelling needle | TERUMO | SR+OX2225C | 22G |
| Vicryl | Ethicon | VCP320H | 2-0 |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | – | – |
| Zoletil | Virbac New Zealand Limited | – | tiletamine+zolezepam |
References
- Mozaffarian, D., et al. Heart disease and stroke statistics-2015 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 131, e29 (2015).
- Hospital Authority. . Hospital Authority Statistical Report 2013. , (2013).
- Cung, T. T., et al. Cyclosporine before PCI in Patients with Acute Myocardial Infarction. The New England Journal of Medicine. 373 (11), 1021-1031 (2015).
- Liao, S. Y., et al. Proarrhythmic risk of embryonic stem cell-derived cardiomyocyte transplantation in infarcted myocardium. Heart Rhythm. 7, 1852-1859 (2010).
- Liao, S. Y., et al. Overexpression of Kir2.1 channel in embryonic stem cell-derived cardiomyocytes attenuates posttransplantation proarrhythmic risk in myocardial infarction. Heart Rhythm. 10, 273-282 (2013).
- Liu, Y., et al. Thoracic spinal cord stimulation improves cardiac contractile function and myocardial oxygen consumption in a porcine model of ischemic heart failure. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 23, 534-540 (2012).
- Liao, S. Y., et al. Improvement of Myocardial Function Following Catheter-Based Renal Denervation in Heart Failure. JACC: Basic to Translational Science. 2 (3), 270-281 (2017).
- Liao, S. Y., et al. Remodelling of cardiac sympathetic re-innervation with thoracic spinal cord stimulation improves left ventricular function in a porcine model of heart failure. Europace. 17 (12), 1875-1883 (2015).
- Daehnert, I., Rotzsch, C., Wiener, M., Schneider, P. Rapid right ventricular pacing is an alternative to adenosine in catheter interventional procedures for congenital heart disease. Heart. 90 (9), 1047-1050 (2004).
- Hála, P., et al. Tachycardia-Induced Cardiomyopathy as a Chronic Heart Failure Model in Swine. Journal of Visualized Experiments. (132), e57030 (2018).
- Santoso, T., et al. Endomyocardial implantation of autologous bone marrow mononuclear cells in advanced ischemic heart failure: a randomized placebo-controlled trial (END-HF). Journal of Cardiovascular Translational Research. 7, 545-552 (2014).
- Traverse, J. H., et al. Cardiovascular Cell Therapy Research Network. Effect of intracoronary delivery of autologous bone marrow mononuclear cells 2 to 3 weeks following acute myocardial infarction on left ventricular function: the LateTIME randomized trial. Journal of the American Medical Association. 306, 2110-2119 (2011).
- Traverse, J. H., et al. Cardiovascular Cell Therapy Research Network (CCTRN). Effect of the use and timing of bone marrow mononuclear cell delivery on left ventricular function after acute myocardial infarction: the TIME randomized trial. Journal of the American Medical Association. 308, 2380-2389 (2012).
- de Jong, R., Houtgraaf, J. H., Samiei, S., Boersma, E., Duckers, H. J. Intracoronary stem cell infusion after myocardial infarction. A meta-analysis and update on clinical trials. Circulation: Cardiovascular Interventions. 7, 156-167 (2014).
- Nowbar, A. N., et al. DAMASCENE writing group. Discrepancies in autologous bone marrow stem cell trials and enhancement of ejection fraction (DAMASCENE): weighted regression and meta-analysis. British Medical Journal. 348, g2688 (2014).
- Kanelidis, A. J., Premer, C., Lopez, J., Balkan, W., Hare, J. M. Route of Delivery Modulates the Efficacy of Mesenchymal Stem Cell Therapy for Myocardial Infarction: A Meta-Analysis of Preclinical Studies and Clinical Trials. Circulation Research. 120 (7), 1139-1150 (2017).
- Hou, D., et al. Radiolabeled cell distribution after intramyocardial, intracoronary, and interstitial retrograde coronary venous delivery: implications for current clinical trials. Circulation. 112 (9 Suppl), I150-I156 (2005).
- Hu, X., et al. A Large-Scale Investigation of Hypoxia-Preconditioned Allogeneic Mesenchymal Stem Cells for Myocardial Repair in Nonhuman Primates: Paracrine Activity Without Remuscularization. Circulation Research. 118, 970-983 (2016).
- Chong, J. J., et al. Human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes regenerate non-human primate hearts. Nature. 510, 273-277 (2014).
- Martens, A., et al. Substantial early loss of induced pluripotent stem cells following transplantation in myocardial infarction. Artificial Organs. 38, 978-984 (2014).
- Shiba, Y., et al. Allogeneic transplantation of iPS cell-derived cardiomyocytes regenerates primate hearts. Nature. 538, 388-391 (2016).
