Трансплантация пластов мезенхимальных прогениторных клеток сердца для васкуляризации миокарда после инфаркта

Цель. Разработать способ получения тканеинженерных конструкций (ТИК), на основе резидентных мезенхимальных прогениторных клеток (МПК) сердца человека и оценить влияние трансплантации ТИК на регенеративные процессы в сердце на модели инфаркта миокарда крысы.
Материалы и методы. Резидентные МПК человека выделяли из ушка правого предсердия пациентов с ИБС. По аналогичному протоколу выделяли МПК крысы линии Wistar. Методом проточной цитофлуориметрии определяли иммунофенотип МПК. На основе пластов МПК сердца человека и крыс получали соответствующие ТИК. Инфаркт миокарда у крыс был индуцирован путем перевязки передней нисходящей коронарной артерии, после чего проводили трансплантацию ТИК. Через 30 дней после трансплантации выполняли эвтаназию. Проводили гистологическую оценку состояния клеток имплантата и васкуляризации, морфометрический анализ, трекинг дифференцировочной способности МПК, определение содержания ростовых факторов методом твердофазного ИФА. Статистическую оценку достоверности различий проводили с использованием программного пакета Statistica 8.0.
Результаты. Анализ полученных клеточных конструкций показал, что они состоят из нескольких слоев клеток, взаимодействующих между собой при помощи коннексин–43, и характеризуются хорошей жизнеспособностью клеток в составе ТИК. Количество сосудов в периинфарктной области под трансплантатом из МПК было значительно больше, чем в контрольной группе, с признаками дифференцировки трансплантированных МПК сердца в эндотелиальные клетки сосудов.
Увеличение васкуляризации сочеталось с увеличением площади участков жизнеспособного миокарда, уменьшением дилатации полости ЛЖ. Анализ продуктов секреции МПК сердца показал, что они продуцируют важнейшие факторы роста и цитокины, регулирующие ангиогенез и миграцию стволовых клеток.
Заключение. Стратегия использования эпикардиальной трансплантации ТИК на основе пластов из МПК представляется рациональным подходом для эффективной доставки жизнеспособных стволовых/прогениторных клеток в поврежденный миокард. Применение ТИК способствует уменьшению или временному исключению действия факторов, способствующих прогрессирующей дисфункции сердца, путем локального паракринного воздействия и активации процессов реваскуляризации зоны повреждения.

1. Лихванцев В.В., Убасев Ю.В., Скрипкин Ю.В., Забелина Т.С., Сунгуров В.А., Ломиворотов В.В., Марченко Д.Н. Предоперационная профилактика сердечной недостаточности в некардиальной хирургии. Общая реаниматология. 2016; 12 (3): 48–61. DOI: 10.15360/18139779-2016-3-48-61

2. Мороз В.В., Марченко Д.Н., Скрипкин Ю.В., Забелина Т.С., Овезов А.М., Лихванцев В.В. Периоперационные предикторы неблагоприятного исхода сосудистых вмешательств. Общая реаниматология. 2017; 13 (3): 6–12. DOI: 10.15360/1813-9779-2017-3-6-12

3. Дергилев К.В., Рубина К.А., Цоколаева З.И., Сысоева В.Ю., Гмызина А.И., Калинина Н.И., Белявская Т.М., Акчурин Р.С., Парфенова Е.В., Ткачук В.А. Аневризма левого желудочка — возможный источник резидентных стволовых клеток сердца. Цитология. 2010; 52 (11): 921–930. PMID: 21268851

4. Дергилев К.В., Цоколаева З.И., Рубина К.А., Сысоева В.Ю., Макаревич П.И., Болдырева М.А., Белоглазова И.Б., Зубкова Е.С., Шаронов Г.В., Акчурин Р.С. Выделение и характеристика прогениторных клеток сердца из миокарда ушка правого предсердия. Цитология. 2016; 58 (5): 340–348.

5. Dergilev K.V., Makarevich P.I., Tsokolaeva Z.I., Boldyreva M.A., Beloglazova I.B., Zubkova E.S., Menshikov M.Yu., Parfyonova Y.V. Comparison of cardiac stem cell sheets detached by Versene solution and from thermoresponsive dishes reveals similar properties of constructs. Tissue Cell. 2017; 49 (1): 64–71. DOI: 10.1016/j.tice.2016.12.001. PMID: 28041835

6. Traktuev D.O., Tsokolaeva Z.I., Shevelev A.A., Talitskiy K.A., Stepanova V.V., Johnstone B.H., Rahmat-Zade T.M., Kapustin A.N., Tkachuk V.A., March K.L., Parfyonova Y.V. Urokinase gene transfer augments angiogenesis in ischemic skeletal and myocardial muscle. Mol. Ther. 2007; 15 (11): 1939–1946. DOI: 10.1038/sj.mt.6300262. PMID: 17653104

7. Zhang Y., Sivakumaran P., Newcomb A.E., Hernandez D., Harris N., Khanabdali R., Liu G.S., Kelly D.J., Pébay A., Hewitt A.W., Boyle A., Harvey R., Morrison W.A., Elliott D.A., Dusting G.J., Lim S.Y. Cardiac repair with a novel population of mesenchymal stem cells resident in the human heart. Stem Cells. 2015; 33 (10): 3100–3113. DOI: 10.1002/stem.2101. PMID: 26184084

8. Taghavi S., Sharp T.E.3rd, Duran J.M., Makarewich C.A., Berretta R.M., Starosta T., Kubo H., Barbe M., Houser S.R. Autologous c-Kit+ mesenchymal stem cell injections provide superior therapeutic benefit as compared to c-Kit+ cardiac-derived stem cells in a feline model of isoproterenol-induced cardiomyopathy. Clin. Transl. Sci. 2015; 8 (5): 425–431. DOI: 10.1111/cts.12251. PMID: 25684108

9. Di Meglio F., Castaldo C., Nurzynska D., Miraglia R., Romano V., Russolillo V., Giuseppina L., Vosa C., Montagnani S. Localization and origin of cardiac CD117-positive cells: identification of a population of epicardiallyderived cells in adult human heart. Ital. J. Anat. Embryol. 2010; 115 (1–2): 71–78. PMID: 21072993

10. Karantalis V., Hare J.M. Use of mesenchymal stem cells for therapy of cardiac disease. Circ. Res. 2015; 116 (8): 1413–1430. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.116.303614. PMID: 25858066

11. Terashvili M., Bosnjak Z.J. Stem cell therapies in cardiovascular disease. J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. 2018; pii: S1053-0770(18)30281-7. [Epub ahead of print]. DOI: 10.1053/j.jvca.2018.04.048. PMID: 30029992

12. Дергилев К.В., Рубина К.А., Парфенова Е.В. Резидентные стволовые клетки сердца. Кардиология. 2011; 51 (4): 84–92. PMID: 21623726

13. Konstandin M.H., Völkers M., Collins B., Quijada P., Quintana M., De La Torre A., Ormachea L., Din S., Gude N., Toko H., Sussman M.A. Fibronectin contributes to pathological cardiac hypertrophy but not physiological growth. Basic Res. Cardiol. 2013; 108 (5): 375. DOI: 10.1007/s00395013-0375-8. PMID: 23912225

14. Muncie J.M., Weaver V.M. The physical and biochemical properties of the extracellular matrix regulate cell fate. Curr. Top. Dev. Biol. 2018; 130: 1–37. DOI: 10.1016/bs.ctdb.2018.02.002. PMID: 29853174

15. Lai H.J., Kuan C.H., Wu H.C., Tsai J.C., Chen T.M., Hsieh D.J., Wang T.W. Tailored design of electrospun composite nanofibers with staged release of multiple angiogenic growth factors for chronic wound healing. Acta Biomater. 2014; 10 (10): 4156–4166. DOI: 10.1016/j.actbio.2014.05.001. PMID: 24814882

16. Stone O.A., Carter J.G., Lin P.C., Paleolog E., Machado M.J., Bates D.O. Differential regulation of blood flow-induced neovascularization and mural cell recruitment by vascular endothelial growth factor and angiopoietin signalling. J. Physiol. 2017; 595 (5): 1575–1591. DOI: 10.1113/JP273430. PMID: 27868196

17. Brudno Y., Ennett-Shepard A.B., Chen R.R., Aizenberg M., Mooney D.J. Enhancing microvascular formation and vessel maturation through temporal control over multiple pro-angiogenic and pro-maturation factors. Biomaterials. 2013; 34 (36): 9201–9209. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2013.08.007. PMID: 23972477

18. Makarevich P.I., Dergilev K.V., Tsokolaeva Z.I., Boldyreva M.A., Shevchenko E.K., Gluhanyuk E.V., Gallinger J.O., Menshikov M.Y., Parfyonova Y.V. Angiogenic and pleiotropic effects of VEGF165 and HGF combined gene therapy in a rat model of myocardial infarction. PLoS One. 2018; 13 (5): e0197566. DOI: 10.1371/journal.pone.0197566. PMID: 29787588

19. Szade A., Grochot-Przeczek A., Florczyk U., Jozkowicz A., Dulak J. Cellular and molecular mechanisms of inflammation-induced angiogenesis. IUBMB Life. 2015; 67 (3): 145–159. DOI: 10.1002/iub.1358. PMID: 25899846

20. Karaman S., Leppänen V.M., Alitalo K. Vascular endothelial growth factor signaling in development and disease. Development. 2018; 145 (14): pii: dev151019. DOI: 10.1242/dev.151019. PMID: 30030240

21. Morishita R., Aoki M., Hashiya N., Yamasaki K., Kurinami H., Shimizu S., Makino H., Takesya Y., Azuma J., Ogihara T. Therapeutic angiogenesis using hepatocyte growth factor (HGF). Curr. Gene Ther. 2004; 4 (2): 199–206. DOI: 10.2174/1566523043346453. PMID: 15180586

22. Morishita R., Nakamura S., Hayashi S., Taniyama Y., Moriguchi A., Nagano T., Taiji M., Noguchi H., Takeshita S., Matsumoto K., Nakamura T., Higaki J., Ogihara T. Therapeutic angiogenesis induced by human recombinant hepatocyte growth factor in rabbit hind limb ischemia model as cytokine supplement therapy. Hypertension. 1999; 33 (6): 1379–1384. DOI: 10.1161/01.HYP.33.6.1379. PMID: 10373220

23. Yu J., Li M., Qu Z., Yan D., Li D., Ruan Q. SDF-1/CXCR4-mediated migration of transplanted bone marrow stromal cells toward areas of heart myocardial infarction through activation of PI3K/Akt. J. Cardiovasc. Pharmacol. 2010; 55 (5): 496–505. DOI: 10.1097/FJC.0b013e3181d7a384. PMID: 20179608

24. Linke A., Müller P., Nurzynska D., Casarsa C., Torella D., Nascimbene A., Castaldo C., Cascapera S., Böhm M., Quaini F., Urbanek K., Leri A., Hintze T.H., Kajstura J., Anversa P. Stem cells in the dog heart are self-renewing, clonogenic, and multipotent and regenerate infarcted myocardium, improving cardiac function. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2005; 102 (25): 8966–8971. DOI: 10.1073/pnas.0502678102. PMID: 15951423