Эпикардиальная трансплантация пластов из мезенхимальных стромальных клеток жировой клетчатки способствует активации эпикарда и стимулирует ангиогенез при инфаркте миокарда (экспериментальное исследование)

Цель исследования: оценить влияние трансплантации тканеинженерных конструкций (ТИК) на основе пластов мезенхимальных стромальных клеток (МСК) при инфаркте миокарда на активацию эпикардиального пула клеток и васкуляризацию зоны повреждения.

Материалы и методы. МСК получили из образцов подкожной жировой клетчатки крыс линии Wistar и мышей линии C57Bl/6. ТИК получили путем культивирования пластов клеток на чашках с термочувствительным покрытием (Nunc Dishes with UpCell Surface). Трансплантацию ТИК проводили после моделирования инфаркта миокарда у крысы путем перевязки передней нисходящей коронарной артерии. Оценку состояния клеток трансплантата и зоны повреждения проводили с использованием иммунофлуоресцентного окрашивания криосрезов миокарда. Для оценки влияния продуктов секреции МСК на миграционную активность клеток эпикарда in vitro использовали метод эксплантной культуры.

Результаты. МСК в составе ТИК после трансплантации сохраняют жизнеспособность и вызывают активацию эпикардиального пула клеток и локальное повышение васкуляризации зоны повреждения. Эксперименты in vitro показали, что кондиционированная среда МСК оказывает стимулирующее воздействие на миграционную активность клеток эпикарда и вызывает образование активированных Wt1/POD1 клеток-предшественниц.

Заключение. Трансплантация ТИК на основе пластов МСК представляется рациональным подходом для эффективной доставки жизнеспособных клеток в миокард с целью активирующего воздействия на эпикардиальную клеточную нишу и репаративный ангиогенез.

1. Cao J., Poss K.D. The epicardium as a hub for heart regeneration. Nat Rev Cardiol. 2018; 15 (10): 631–647. DOI: 10.1038/s41569-018-0046-4.

2. Wei K., Serpooshan V., Hurtado C., Diez-Cuñado M., Zhao M., Maruyama S., Zhu W., Fajardo G., Noseda M., Nakamura K., Tian X., Liu Q., Wang A., Matsuura Y., Bushway P., Cai W., Savchenko A., Mahmoudi M., Schneider M.D., van den Hoff M.J., Butte M.J., Yang P.C., Walsh K., Zhou B., Bernstein D., Mercola M., Ruiz-Lozano P. Epicardial FSTL1 reconstitution regenerates the adult mammalian heart. Nature. 2015; 525 (7570): 479–485.DOI: 10.1038/nature15372

3. Дергилев К. В.,. Цоколаева З. И., Рыжков И. А., Парфенова Е. В. Трансплантация пластов мезенхимальных прогениторных клеток сердца для васкуляризации миокарда после инфаркта. Общая реаниматология. 2018; 14 (6): 28–40 DOI: 10.15360/1813-9779-2018-6-28-40

4. Dergilev K.V., Tsokolayeva Z.I., Beloglazova I.B., Ratner E.I., Parfyonova E.V. Epicardial Transplantation of Cardiac Progenitor Cells Based Cells Sheets is More Promising Method for Stimulation of Myocardial Regeneration, Than Conventional Cell Injections. Kardiologiia. 2019; 59 (5): 53–60. DOI: 10.18087/cardio.2019.5.2597. PMID: 31131768

5. Dergilev K., Tsokolaeva Z., Makarevich P., Beloglazova I., Zubkova E., Boldyreva M., Ratner E., Dyikanov D., Menshikov M., Ovchinnikov A., Ageev F., Parfyonova Y.C. Kit Cardiac Progenitor Cell Based Cell Sheet Improves Vascularization and Attenuates Cardiac Remodeling following Myocardial Infarction in Rats. Biomed Res Int. 2018 Jun 25; 2018: 3536854. DOI: 10.1155/2018/3536854. eCollection 2018.PMID: 30046593

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): 1939–46. Epub 2007 Jul 24. PMID: 17653104

7. Gittenberger-de Groot A.C., Vrancken Peeters M.P., Bergwerff M., Mentink M.M., Poelmann R.E. Epicardial outgrowth inhibition leads to compensatory mesothelial outflow tract collar and abnormal cardiac septation and coronary formation. Circ Res. 2000; 87 (11): 969–971. PMID: 11090540 DOI: 10.1161/01.res.87.11.969

8. Pérez-Pomares J.M., Carmona R., González-Iriarte M., Atencia G., Wessels A., Muñoz-Chápuli R Origin of coronary endothelial cells from epicardial mesothelium in avian embryos. Int J Dev Biol. 2002; 46 (8): 1005–1013. PMID: 12533024

9. Poelmann R.E., Lie-Venema H., Gittenberger-de Groot A.C. The role of the epicardium and neural crest as extracardiac contributors to coronary vascular development. Tex Heart Inst J. 2002; 29 (4): 255–261. PMID: 12484609

10. Schaefer K.S., Doughman Y.Q., Fisher S.A., Watanabe M. Dynamic patterns of apoptosis in the developing chicken heart. Dev Dyn. 2004; 229 (3): 489–499. PMID: 14991705

11. Zeng B., Ren X.F., Cao F., Zhou X.Y., Zhang J. Developmental patterns and characteristics of epicardial cell markers Tbx18 and Wt1 in murine embryonic heart.J Biomed Sci. 2011; 18: 67. DOI: 10.1186/1423-0127-18-67. PMID: 21871065

12. Limana F., Bertolami C., Mangoni A., Di Carlo A., Avitabile D., Mocini D., Iannelli P., De Mori R., Marchetti C., Pozzoli O., Gentili C., Zacheo A., Germani A., Capogrossi M.C. Myocardial infarction induces embryonic reprogramming of epicardial c-kit (+) cells: role of the pericardial fluid J Mol Cell Cardiol. 2010; 48 (4): 609–618. Epub 2009 Dec 5. DOI: 10.1016/j.yjmcc.2009.11.008. PMID: 19968998

13. Huang G.N., Thatcher J.E., McAnally J., Kong Y., Qi X., Tan W., DiMaio J.M., Amatruda J.F., Gerard R.D., Hill J.A., Bassel-Duby R., Olson E.N. C/EBP transcription factors mediate epicardial activation during heart development and injury. Science. 2012; 338 (6114): 1599–1603. DOI: 10.1126/science.1229765. Epub 2012 Nov 15. PMID: 23160954 PMCID: PMC3613149

14. von Gise A., Pu W.T. Endocardial and epicardial epithelial to mesenchymal transitions in heart development and disease Circ Res. 2012; 110 (12): 1628–1645. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.111.259960. Review.PMID: 22679138

15. Smits A.M., Riley P.R. Epicardium-Derived Heart Repair. J Dev Biol. 2014; 2 (2): 84–100. PMID: 27536554 PMCID: PMC4984950 DOI: 10.3390/jdb2020084

16. Zhou B., Honor L.B., He. H., Ma. Q., Oh J.H., Butterfield C., Lin R.Z., Melero-Martin J.M., Dolmatova E., Duffy H.S., Gise Av., Zhou P., Hu Y.W., Wang G., Zhang B., Wang L., Hall J.L., Moses M.A., McGowan F.X., Pu W.T. Adult mouse epicardium modulates myocardial injury by secreting paracrine factors. J Clin Invest. 2011; 121 (5): 1894–1904. DOI: 10.1172/JCI45529. Epub 2011 Apr 18. PMID: 21505261 PMCID: PMC3083761 DOI: 10.1172/JCI45529

17. van Wijk B., Gunst Q.D., Moorman A.F., van den Hoff M.J. Cardiac regeneration from activated epicardium. PLoS One. 2012; 7 (9): e44692. DOI: 10.1371/journal.pone.0044692. Epub 2012 Sep 20. PMID: 23028582 PMCID: PMC3447884

18. Smart N., Bollini S., Dubé K.N., Vieira J.M., Zhou B., Riegler J., Price A.N., Lythgoe M.F., Davidson S., Yellon D., Pu W.T., Riley P.R. Myocardial regeneration: expanding the repertoire of thymosin β4 in the ischemic heart. Ann N Y Acad Sci. 2012; 1269: 92–101. PMID: 23045976 PMCID: PMC4084412 DOI: 10.1111/j.1749-6632.2012.06708.x

19. Zangi L., Lui K.O., von Gise A., Ma Q., Ebina W., Ptaszek L.M., Später D., Xu H., Tabebordbar M., Gorbatov R., Sena B., Nahrendorf M., Briscoe D.M., Li R.A., Wagers A.J., Rossi D.J., Pu W.T., Chien K.R. Modified mRNA directs the fate of heart progenitor cells and induces vascular regeneration after myocardial infarction. Nat Biotechnol. 2013; 31 (10): 898–907. Epub 2013 Sep 8. PMID: 24013197 PMCID: PMC4058317 DOI: 10.1038/nbt.2682

20. Smart N., Dubé K.N., Riley P.R. Identification of Thymosin β4 as an effector of Hand1-mediated vascular development. Nat Commun. 2010; 1: 46. PMID: 20975697 PMCID: PMC2963826 DOI: 10.1038/ncomms1041

21. Zhou B.I., Pu W.T. Epicardial epithelial-to-mesenchymal transition in injured heart. J Cell Mol Med. 2011; 15 (12): 2781–2783. PMID: 21914126 PMCID: PMC3226901 DOI: 10.1111/j.1582-4934.2011.01450.x

22. Russell J.L., Goetsch S.C., Gaiano N.R., Hill J.A., Olson E.N., Schneider J.W. A dynamic notch injury response activates epicardium and contributes to fibrosis repair. Circ Res. 2011; 108 (1): 51–59. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.110.233262. Epub 2010 Nov 24.PMID: 21106942

23. Winter E.M., Gittenberger-de Groot A.C. Epicardium-derived cells in cardiogenesis and cardiac regeneration. Cell Mol Life Sci. 2007; 64 (6): 692–703. Review.PMID: 17380310

24. Limana F., Zacheo A., Mocini D., Mangoni A., Borsellino G., Diamantini A., De Mori R., Battistini L., Vigna E., Santini M., Loiaconi V., Pompilio G., Germani A., Capogrossi M.C. Identification of myocardial and vascular precursor cells in human and mouse epicardium. Circ Res. 2007; 101 (12): 1255–1265. Epub 2007 Oct 18.PMID: 17947800

25. Zubkova E.S., Beloglazova I.B., Makarevich P.I., Boldyreva M.A., Sukhareva O.Y., Shestakova M.V., Dergilev K.V., Parfyonova Y.V., Menshikov M.Y. Regulation of Adipose Tissue Stem Cells Angiogenic Potential by Tumor Necrosis Factor-Alpha. J Cell Biochem. 2016; 117 (1): 180–196. DOI: 10.1002/jcb.25263. PMID: 26096299

26. Hong S.J., Traktuev D.O., March K.L.Therapeutic potential of adiposederived stem cells in vascular growth and tissue repair. Curr Opin Organ Transplant. 2010; 15 (1): 86–91. DOI: 10.1097/MOT.0b013e328334f074 PMID: 19949335

27. Saifi O., Ghandour B., Jaalouk D., Refaat M., Mahfouz R. Myocardial regeneration: role of epicardium and implicated genes. Mol Biol Rep. 2019. DOI: 10.1007/s11033-019-05075-0. PMID: 31549371

28. Bargehr J., Ong L.P., Colzani M., Davaapil H., Hofsteen P., Bhandari S., Gambardella L., Le Novère N., Iyer D., Sampaziotis F., Weinberger F., Bertero A., Leonard A., Bernard W.G., Martinson A., Figg N., Regnier M., Bennett M.R., Murry C.E., Sinha S. Epicardial cells derived from human embryonic stem cells augment cardiomyocyte-driven heart regeneration. Nat Biotechnol. 2019 Aug; 37 (8): 895–906. Epub 2019 Aug 2. PMID: 31375810 DOI: 10.1038/s41587-019-0197-9

29. Wang S., Huang S., Gong L., Yuan Z., Wong J., Lee J., Si M.S. Human Neonatal Thymus Mesenchymal Stem Cells Promote Neovascularization and Cardiac Regeneration. Stem Cells Int. 2018; 2018: 8503468. DOI: 10.1155/2018/8503468. eCollection 2018 PMID: 30305821

30. Rehman J., Traktuev D., Li J., Merfeld-Clauss S., Temm-Grove C.J., Bovenkerk J.E., Pell C.L., Johnstone B.H., Considine R.V., March K.L. Secretion of angiogenic and antiapoptotic factors by human adipose stromal cells. Circulation. 2004; 109 (10): 1292–1298. Epub 2004; DOI: 10.1161/01.CIR.0000121425.42966.F1 PMID: 14993122

31. Shevchenko E.K., Dergilev K.V., Tsokolaeva Z.I., Beloglazova I.B., Molokotina Y.D., Parfenova E.V., Men'shikov M.Y. Combination of Mesenchymal Stromal Cells and Cardiac Stem Cells in a Multilayer Cell Construct Promotes Activation of Notch Signaling and Initiation of Endothelial Differentiation. Bull Exp Biol Med. 2019; 166 (4): 548–552. DOI: 10.1007/s10517-019-04390-7. Epub 2019 Feb 19. PMID: 30783844

32. Russell J.L., Goetsch S.C., Aguilar H.R., Frantz D.E., Schneider J.W. Targeting native adult heart progenitors with cardiogenic small molecules. ACS Chem Biol. 2012; 7 (6): 1067–1076. DOI: 10.1021/cb200525q. Epub 2012 Apr 13.PMID: 22413910

33. del Monte G., Casanova J.C., Guadix J.A., MacGrogan D., Burch J.B., Pérez-Pomares J.M., de la Pompa J.L. Differential Notch signaling in the epicardium is required for cardiac inflow development and coronary vessel morphogenesis. Circ Res. 2011; 108 (7): 824–836. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.110.229062. Epub 2011 Feb 10. PMID: 21311046

34. Grieskamp T., Rudat C., Lüdtke T.H., Norden J., Kispert A. Notch signaling regulates smooth muscle differentiation of epicardium-derived cells. Circ Res. 2011; 108 (7): 813–823. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.110.228809. Epub 2011 Jan 20. PMID: 21252157