2.4.1 Enhancing cellulaire cardiomyoplasty
cellulaire cardiomyoplasty is op grote schaal onderzocht als een potentiële therapeutische strategie voor cardiale reparatie en regeneratie (Mohsin et al., 2011; Huu et al., 2012; Passier et al., 2008). De aanpak omvat transplantatie van cellen opgeschort in een vloeistof zoals zoutoplossing of celkweekmedium in infarctweefsel of grenszone door intramyocardiale injecties. Helaas tonen huidige klinische studies met beenmerg-afgeleide cellen gemengde resultaten in verbetering van LV-ejectiefractie na transplantatie gedeeltelijk als gevolg van slechte celgraftment en overleving na bevalling (Wollert, 2011). Het is aangetoond dat terwijl getransplanteerde cellen levensvatbaar zijn kort na implantatie, na 1 week slechts ~ 1% van de cellen overblijven door TUNEL analyse (Reinecke and Murry, 2002). Het grootste deel van de celdood gezien binnen de eerste paar dagen van transplantatie wordt waarschijnlijk veroorzaakt door de combinatie van ischemie, ontsteking en anoikis, of apoptose veroorzaakt door verstoring van cel–matrixinteracties (Haider en Ashraf, 2008; Robey et al., 2008). Christman et al. (2004b) waren de eerste om aan te tonen dat de injectie van cellen samen met een hydrogel de overleving van de celtransplantatie in een rattenmodel kan verbeteren. Deze studie gebruikte neonatale skeletmyoblasten van ratten met een fibrine-injectie en toonde aan dat in vergelijking met conventionele vloeistofafgifte fibrine de myoblast-overleving meer dan twee keer verbeterde. Injectie van myoblasten met fibrine verhoogde fractionele verkorting en infarctdikte (Christman et al., 2004a), maar dit was niet statistisch verschillend van injectie van fibrine alleen. Sindsdien is het gebruik van fibrine als een leveringsmiddel om het succes van cellulaire cardiomyoplastie te verbeteren aangetoond met beenmergcellen (Nakamuta et al., 2009), marrow-derived cardial stam cells (Guo et al., 2011), en adipose-afgeleide stamcellen (Danoviz et al., 2010; Zhang et al., 2010).
andere natuurlijk afgeleide hydrogels die zijn gebruikt om celtherapie te geven, zijn onder andere chitosan (Lu et al., 2009; Lüet al., 2010), Matrigel (Laflamme et al., 2007), en RGD-gemodificeerd alginaat (Yu et al., 2010). Zoals eerder vermeld, mist alginate de intrinsieke motieven voor celadhesie, zodat anoikis van getransplanteerde cellen verhinderen, moeten de wijzigingen aan alginate worden gemaakt om cel–matrijsinteractie te verstrekken. Yu et al. (2010) gebruikte een RGD-gewijzigd alginaat om menselijke mesenchymale stamcellen (hMSCs) in te kapselen. Microbeads gegenereerd uit deze oplossing en geïnjecteerd in een ischemie reperfusie model in naakte ratten toonde persistentie van hMSCs in microcapsules op 7 dagen en 2 weken, terwijl hMSCs geïnjecteerd met medium waren slechts detecteerbaar op 1 dag. Zowel de microbeads als hMSCs met microbeads konden de verslechtering van de anterieure wanddikte en LV-afmetingen tijdens systole en diastole voorkomen, maar er waren geen verschil tussen de twee groepen. Om de verschillende oorzaken van slechte celoverleving (ischemische aandoeningen, anoikis en afgifte van ontstekingsfactoren) aan te pakken, Laflamme et al. (2007) ontwikkelde een multi-protonged benadering, die zij een prosurvival cocktail (PSC) noemden die Matrigel omvatte om anoikis, cyclosporine A Voor immune afschaffing, een caspaseinhibitor, anti-mitochondrial-apoptotic peptide Bcl-XL, insuline-als de groeifactor, en een samenstelling te verhinderen die ischemische conditionering nabootst. Het gebruik van PSC verbeterde de overleving van cardiomyocyt-transplantaties afkomstig van menselijke embryonale stamcellen (hESC) en verhoogde de transplantaatgrootte met een factor zeven van 1 tot 4 weken na injectie. Deze combinatorische benadering resulteerde opwindend in infarcten met significante re-muscularisatie (tot 10,7%; kleurplaat VIII). Injectie van hESC-afgeleide cardiomyocyten met PSC verbeterde significant de systolische dimensie van het LV-eind, fractionele verkorting en verdikking van de wand in vergelijking met alleen PSC, niet-contractiele cel met PSC en serum vrije media controles.
van de synthetische hydrogels, op basis van PEG (Wang et al., 2009b; Kraehenbuehl et al., 2011), op pnipaam gebaseerde hydrogels (Li et al., 2010; Wall et al., 2010), peptide NFs (Dubois et al., 2008), en hydroxypropylmethylcellulose (Mathieu et al., 2012) zijn ingespoten samen met cellen in kleine dierlijke MI-modellen voor hartreparatie. Zoals vermeld in Paragraaf 2.2, missen PEG en PNIPAAm inherente bioactiviteit en zijn ze niet afbreekbaar, maar ze zijn gemakkelijk te wijzigen met biomoleculen om deze kenmerken te verbeteren. Kraehenbuehl et al. (2011) gemodificeerde PEG-vinyl sulfon hydrogels met MMP-splitbare peptiden en integrine-bindende liganden om een cellijm en afbreekbare hydrogel te produceren. Met behulp van deze biomimetische synthetische hydrogel, leverden ze hESCs en thymosine β4, een angiogene en pro-overleving factor, 1 uur na totale occlusie in een rat MI model. Zij merkten op dat over weken, aangezien de hydrogel werd afgebroken, cellen in contact met de gel toenamen. Na 6 weken was de hydrogel niet detecteerbaar, maar de cellen die werden geleverd met de hydrogel en thymosine β4 hadden significant kleinere infarctgrootte en einddiastolisch volume dan PBS-geïnjecteerde controles. Bovendien waren het end systolisch volume en de ejectiefractie significant verbeterd in vergelijking met alle andere behandelingsgroepen. Ook Wall et al. (2010) trachtte ook de thermoresponsieve synthetische hydrogel PNIPAAm te wijzigen met de toevoeging van MMP-afbreekbare peptide cross-linkers en RGD-bevattende peptide sequenties. Injecties werden gedaan met MSC ’s van MSC’ s afkomstig van muizen in een muriene Total occlusion model onmiddellijk na infarct. Na 6 weken waren MSC ‘ s detecteerbaar bij 38% van de harten wanneer ze met de hydrogel werden geïnjecteerd, maar waren niet identificeerbaar wanneer ze alleen werden geïnjecteerd. Interessant is dat het gebruik van Matrigel resulteerde in 25% van de harten met detecteerbare cellen, wat erop wijst dat synthetische hydrogels, met biomimetische modificaties, cel–matrixinteracties konden ondersteunen en anoikis even of beter konden verminderen in vergelijking met natuurlijk afgeleide hydrogels. In de studie van Mathieu et al. (2012), is het interessant om op te merken dat injectie van de gesilaniseerde hydoxyproypl methylcellulose alleen echocardiograph metingen niet verbeteren na 8 weken, mogelijk vanwege het gebrek aan intrinsieke bioactiviteit. Echter, injectie van MSCs met gesilaniseerde hydoxyproypl methylcellulose deed significant verbeteren LV einde systolische diameter, fractionele verkorting en ejectiefractie.
in a mini pig MI model, Lin et al. (2010) injecteerde beenmerg mononucleaire cellen (MNCs) met zelfassemblerende oligopeptiden onmiddellijk na het infarct. Injectie van MNC ’s met peptide NFs verbeterde MNC-overleving tienvoudig in vergelijking met MNC’ s die alleen werden geïnjecteerd. Bovendien verhoogde injectie met NFs MNC-differentiatie naar endotheelcellen en gladde spiercellen, wat leidde tot een verhoogde capillaire dichtheid in vergelijking met MNC-injectie alleen. Van de drie behandelingsgroepen (MNC alleen, NF alleen en MNC met NF) waren cellen die met de NF-hydrogel werden geleverd het best in staat om LV-dilatatie te voorkomen, de hartfunctie te behouden en de vorm van het infarct te verbeteren. In het bijzonder waren de ejectiefractie en de littekendikte significant hoger in de MNC met NF-groep in vergelijking met elk gegeven alleen. De auteurs veronderstelden dat terwijl injectie van MNC alleen de systolische functie kon verbeteren, injectie van MNC met NF noodzakelijk was voor verbetering van zowel de diastolische als de systolische functie.