2.4.1 wzmocnienie kardiomioplastyki komórkowej
kardiomioplastyka komórkowa była szeroko badana jako potencjalna strategia terapeutyczna dla naprawy i regeneracji serca (Mohsin et al., 2011; Huu et al., 2012; Pasier et al., 2008). Podejście to polega na przeszczepieniu komórek zawieszonych w cieczy, takiej jak roztwór soli fizjologicznej lub pożywka do hodowli komórkowej w tkankę zawału lub strefę graniczną za pomocą iniekcji wewnątrzkardialnych. Niestety, obecne badania kliniczne z wykorzystaniem komórek pochodzących od szpiku kostnego wykazują mieszane wyniki w poprawie frakcji wyrzutowej LV po przeszczepieniu częściowo z powodu złego wszczepienia komórek i przeżycia po porodzie (Wollert, 2011). Wykazano, że podczas gdy przeszczepione komórki są żywotne krótko po implantacji, przez 1 tydzień tylko ~ 1% komórek pozostaje w wyniku analizy tunelowej (Reinecke i Murry, 2002). Większość śmierci komórek obserwowanej w ciągu pierwszych kilku dni transplantacji jest prawdopodobnie spowodowana połączeniem niedokrwienia, zapalenia i anoikis lub apoptozy wywołanej zakłóceniem interakcji komórka-matryca (Haider and Ashraf, 2008; Robey et al., 2008). Christman et al. (2004b) jako pierwsi wykazali, że wstrzyknięcie komórek wraz z hydrożelem może poprawić przeżywalność przeszczepu komórek w modelu MI szczura. W badaniu wykorzystano mioblasty szkieletowe noworodków szczura z wstrzyknięciem fibryny i wykazano, że w porównaniu z konwencjonalnym podawaniem płynów fibryna ponad dwukrotnie poprawiła przeżywalność mioblastów. Wstrzyknięcie mioblastów z fibryną zwiększyło skracanie ułamkowe i grubość zawału (Christman et al., 2004a), ale nie różniło się to statystycznie od iniekcji samej fibryny. Od tego czasu wykazano zastosowanie fibryny jako nośnika dostarczania w celu zwiększenia sukcesu kardiomioplastyki komórkowej w komórkach szpiku kostnego (Nakamuta et al., 2009), szpikowe komórki macierzyste serca (Guo et al., 2011) i komórek macierzystych pochodzących z tkanki tłuszczowej (Danoviz et al., 2010; Zhang et al., 2010).
Inne naturalnie pochodzące hydrożele, które zostały użyte do dostarczania terapii komórkowej, obejmują chitozan (Lu et al., 2009; Lüet al., 2010), Matrigel (Laflamme et al., 2007) oraz alginian modyfikowany RGD (Yu et al., 2010). Jak wspomniano wcześniej, alginianowi brakuje wewnętrznych motywów adhezji komórek, więc aby zapobiec anoikis przeszczepionych komórek, należy wprowadzić modyfikacje alginianu w celu zapewnienia interakcji komórka–matryca. Yu et al. (2010) używał alginianu zmodyfikowanego RGD do hermetyzacji ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych (hMSCs). Mikrogranulki wytworzone z tego roztworu i wstrzyknięte w modelu reperfuzji niedokrwiennej nagich szczurów wykazały utrzymywanie się hMSCs w mikrokapsułkach po 7 dniach i 2 tygodniach, podczas gdy hmscs wstrzyknięte pożywką były wykrywalne tylko po 1 dniu. Zarówno mikrogranulki, jak i hmsc z mikrogranulkami były w stanie zapobiec pogorszeniu grubości ściany przedniej i wymiarów LV podczas skurczu i rozkurczu, ale nie było różnicy między tymi dwiema grupami. Aby rozwiązać różne przyczyny słabego przeżycia komórek (warunki niedokrwienne, anoikis i uwalnianie czynników zapalnych), Laflamme et al. (2007) opracowali podejście wielopostaciowe, które nazwali koktajlem prosurvival (PSC), który zawierał Matrigel zapobiegający anoikis, cyklosporynę a do supresji immunologicznej, inhibitor kaspazy, peptyd anty-mitochondrialno-apoptotyczny BCL-XL, insulinopodobny czynnik wzrostu i związek naśladujący kondycję niedokrwienną. Zastosowanie PSC poprawiło przeżywalność przeszczepu kardiomiocytów pochodzących z ludzkich embrionalnych komórek macierzystych (hESC) i siedmiokrotnie zwiększyło wielkość przeszczepu od 1 do 4 tygodni po wstrzyknięciu. To kombinatoryczne podejście zaowocowało znacznym ponownym muskularyzacją (do 10,7%; tablica barwna VIII). Wstrzyknięcie kardiomiocytów pochodzących z hESC z PSC znacząco poprawiło końcowy wymiar skurczowy LV, skracanie ułamkowe i pogrubienie ścian w porównaniu tylko z PSC, komórki niekurczliwe z PSC i kontrole wolnych mediów w surowicy.
syntetycznych hydrożeli na bazie PEG (Wang i wsp., 2009b; Kraehenbuehl et al., 2011), hydrożele oparte na PNIPAAm (Li et al., 2010; Wall et al., 2010), peptyd NFs (Dubois et al., 2008) i hydroksypropylometylocelulozy (Mathieu et al., 2012) zostały wstrzyknięte wraz z komórkami w małych zwierzęcych modelach MI do naprawy serca. Jak wspomniano w punkcie 2.2, PEG i PNIPAAm nie wykazują wrodzonej bioaktywności i nie ulegają rozkładowi, jednak można je łatwo modyfikować za pomocą biomolekuł w celu poprawy tych właściwości. Kraehenbuehl et al. (2011) zmodyfikowane hydrożele sulfonowe PEG-winylu z peptydami rozszczepialnymi MMP i ligandami wiążącymi integrynę w celu wytworzenia kleju komórkowego i degradowalnego hydrożelu. Wykorzystując ten biomimetyczny syntetyczny hydrożel, dostarczyli hESCs i tymozynę β4, czynnik angiogenny i pro-survival, 1 godzinę po całkowitej okluzji w modelu MI szczura. Zauważyli, że w ciągu tygodni, gdy hydrożel został zdegradowany, komórki w kontakcie z żelem wzrosły. Po 6 tygodniach hydrożel był niewykrywalny, ale komórki dostarczone z hydrożelem i tymozyną β4 miały znacznie mniejszy rozmiar zawału i końcową objętość rozkurczową niż grupy kontrolne wstrzyknięte PBS. Ponadto, końcowa objętość skurczowa i frakcja wyrzutowa uległy istotnej poprawie w porównaniu ze wszystkimi innymi grupami leczonymi. Podobnie Wall et al. (2010) również starał się zmodyfikować termoresponsive syntetyczny Hydrożel PNIPAAm z dodatkiem MMP-degradowalnych peptydów sieciujących i sekwencji peptydowych zawierających RGD. Zastrzyki wykonano za pomocą MSCs pochodzących ze szpiku kostnego myszy do modelu całkowitej okluzji myszy bezpośrednio po zawale. Po 6 tygodniach msc były wykrywalne w 38% serc po wstrzyknięciu hydrożelu, ale nie można było ich zidentyfikować po wstrzyknięciu samego. Co ciekawe, zastosowanie Matrigel spowodowało 25% serc z wykrywalnymi komórkami, co wskazuje, że syntetyczne hydrożele, z modyfikacjami biomimetycznymi, mogą wspierać interakcje komórka-matryca i zmniejszać anoikis równo lub lepiej w porównaniu z naturalnie pochodzącymi hydrożelami. W badaniu Mathieu et al. (2012), warto zauważyć, że wstrzyknięcie samej silanizowanej metylocelulozy hydoksyproypl nie poprawiło pomiarów echokardiograficznych po 8 tygodniach, prawdopodobnie z powodu braku wewnętrznej bioaktywności. Jednak wstrzyknięcie MSCs z silanizowaną metylocelulozą hydoksyproyplu znacznie poprawiło końcową średnicę skurczową LV, frakcyjne skracanie i frakcję wyrzutową.
w modelu Mini pig MI, Lin i in. (2010) wstrzyknięto komórki jednojądrzaste szpiku kostnego (MNC)z samoorganizującymi się oligopeptydami natychmiast po zawale. Wstrzyknięcie MNC peptydem NFS dziesięciokrotnie poprawiło przeżywalność MNC w porównaniu z samymi MNC wstrzyknięciami. Ponadto, wstrzyknięcie NFs zwiększyło różnicowanie MNC do komórek śródbłonka i mięśni gładkich, prowadząc do zwiększenia gęstości naczyń włosowatych w porównaniu z samym wstrzyknięciem MNC. Spośród trzech leczonych grup (tylko MNC, sam NF i MNC z NF), komórki dostarczone z hydrożelem NF były najlepiej zdolne do zapobiegania rozszerzaniu się LV, zachowania funkcji serca i poprawy kształtu zawału. W szczególności, frakcja wyrzutowa i grubość blizn były znacząco wyższe w grupie MNC z grupą NF w porównaniu z grupą podawaną pojedynczo. Autorzy wysunęli hipotezę, że podczas gdy wstrzyknięcie samego MNC było w stanie poprawić czynność skurczową, wstrzyknięcie MNC z NF było konieczne dla poprawy zarówno funkcji rozkurczowej, jak i skurczowej.