2.4.1 îmbunătățirea cardiomioplastiei celulare
Cardiomioplastia celulară a fost explorată pe scară largă ca o strategie terapeutică potențială pentru repararea și regenerarea cardiacă (Mohsin și colab., 2011; Huu și colab., 2012; Passier și colab., 2008). Abordarea implică transplantul de celule suspendate într-un lichid, cum ar fi soluția salină sau mediul de cultură celulară, în țesutul infarctat sau în zona de frontieră prin injecții intramiocardice. Din păcate, studiile clinice actuale care utilizează celule derivate din măduva osoasă arată rezultate mixte în îmbunătățirea fracției de ejecție a LV după transplant parțial din cauza grefării celulare slabe și a supraviețuirii după naștere (Wollert, 2011). S-a demonstrat că, în timp ce celulele transplantate sunt viabile la scurt timp după implantare, cu 1 săptămână doar ~ 1% din celule rămân prin analiza tunelului (Reinecke și Murry, 2002). Cea mai mare parte a morții celulare observate în primele zile de transplant este probabil cauzată de combinația de ischemie, inflamație și anoikis sau apoptoză indusă de întreruperea interacțiunilor dintre matricea celulară (Haider și Ashraf, 2008; Robey și colab., 2008). Christman și colab. (2004b) au fost primii care au demonstrat că injectarea de celule împreună cu un hidrogel poate îmbunătăți supraviețuirea transplantului de celule într-un model mi de șobolan. Acest studiu a utilizat mioblaste scheletice neonatale de șobolan cu o injecție cu fibrină și a arătat că, în comparație cu administrarea convențională de lichide, fibrina a îmbunătățit supraviețuirea mioblastelor de mai mult de două ori. Injectarea mioblastelor cu fibrină a crescut scurtarea fracționată și grosimea infarctului (Christman și colab., 2004a), dar acest lucru nu a fost statistic diferit de injectarea de fibrină în monoterapie. De atunci, utilizarea fibrinei ca vehicul de livrare pentru a spori succesul cardiomioplastiei celulare a fost demonstrată cu celulele măduvei osoase (Nakamuta și colab., 2009), celule stem cardiace derivate din măduvă (Guo și colab., 2011) și celulele stem derivate din adipoză (Danoviz și colab., 2010; Zhang și colab., 2010).
alte hidrogeluri derivate în mod natural care au fost utilizate pentru a furniza terapie celulară includ chitosanul (Lu și colab., 2009; L., 2010), Matrigel (Laflamme și colab., 2007) și alginat modificat de RGD (Yu și colab., 2010). Așa cum am menționat anterior, alginatului îi lipsesc motivele intrinseci pentru adeziunea celulară, astfel încât pentru a preveni anoikis–ul celulelor transplantate, trebuie făcute modificări ale alginatului pentru a asigura interacțiuni celulă-matrice. Yu și colab. (2010) a folosit un alginat modificat de RGD pentru a încapsula celulele stem mezenchimale umane (hMSCs). Microbii generați din această soluție și injectați într-un model de reperfuzie ischemică la șobolani nud au arătat persistența hmsc-urilor în microcapsule la 7 zile și 2 săptămâni, în timp ce hmsc-urile injectate cu mediu au fost detectabile doar la 1 zi. Atât microbii, cât și hmsc-urile cu microbii au reușit să prevină deteriorarea grosimii peretelui anterior și a dimensiunilor LV în timpul sistolului și diastolului, dar nu au existat diferențe între cele două grupuri. Pentru a aborda diferitele cauze ale supraviețuirii celulare slabe (condiții ischemice, anoikis și eliberarea factorilor inflamatori), Laflamme și colab. (2007) a dezvoltat o abordare cu mai multe direcții, pe care au numit-o cocktail prosurvival (PSC) care a inclus Matrigel pentru a preveni anoikis, ciclosporina A pentru suprimarea imunității, un inhibitor de caspază, peptidă Anti-mitocondrială-apoptotică Bcl-XL, factor de creștere asemănător insulinei și un compus care imită condiționarea ischemică. Utilizarea PSC a îmbunătățit supraviețuirea transplantului de cardiomiocite derivat din celule stem embrionare umane (hESC) și a crescut dimensiunea grefei de șapte ori de la 1 la 4 săptămâni după injectare. În mod excitant, această abordare combinatorie a dus la infarcte cu re-muscularizare semnificativă (până la 10,7%; placa de culoare VIII). Injectarea cardiomiocitelor derivate din hESC cu PSC a îmbunătățit semnificativ dimensiunea sistolică finală a LV, scurtarea fracționată și îngroșarea peretelui comparativ cu numai PSC, celula non-contractilă cu PSC și controalele mediilor libere serice.
din hidrogelurile sintetice, pe bază de PEG (Wang și colab., 2009b; Kraehenbuehl și colab., 2011), hidrogeluri bazate pe PNIPAAm (Li și colab., 2010; Wall și colab., 2010), peptida NFs (Dubois și colab., 2008) și hidroxipropil metilceluloză (Mathieu și colab., 2012) au fost injectate împreună cu celule în modele MI de animale mici pentru repararea cardiacă. Așa cum s-a menționat în secțiunea 2.2, PEG și PNIPAAm nu au bioactivitate inerentă și sunt nedegradabile, cu toate acestea, sunt ușor modificabile cu biomolecule pentru a îmbunătăți aceste caracteristici. Kraehenbuehl și colab. (2011) hidrogeluri PEG-vinil sulfone modificate cu peptide clivabile MMP și liganzi care leagă integrina pentru a produce un adeziv celular și un hidrogel degradabil. Folosind acest hidrogel sintetic biomimetic, au livrat hESCs și timosină inkt4, un factor angiogen și pro-supraviețuire, la 1 oră după ocluzia totală într-un model mi de șobolan. Ei au observat că peste săptămâni, pe măsură ce hidrogelul a fost degradat, celulele în contact cu gelul au crescut. Până la 6 săptămâni, hidrogelul a fost nedetectabil, dar celulele livrate cu hidrogelul și timozina inktib4 au avut o dimensiune a infarctului semnificativ mai mică și un volum diastolic final decât controalele injectate cu PBS. În plus, volumul sistolic final și fracția de ejecție au fost semnificativ îmbunătățite în comparație cu toate celelalte grupuri de tratament. În mod similar, Wall și colab. (2010) a căutat, de asemenea, să modifice hidrogelul sintetic termoresponsiv PNIPAAm cu adăugarea de legături încrucișate peptidice degradabile MMP și secvențe peptidice care conțin RGD. Injecțiile au fost făcute cu MSCs derivate din măduva osoasă de șoarece într-un model de ocluzie totală murină imediat după infarct. La 6 săptămâni, MSC – urile au fost detectabile în 38% din inimi atunci când au fost injectate cu hidrogel, dar au fost neidentificabile atunci când au fost injectate singure. Interesant, utilizarea Matrigel a dus la 25% din inimile cu celule detectabile, indicând faptul că hidrogelurile sintetice, cu modificări biomimetice, ar putea susține interacțiunile celulă–matrice și diminua anoikis în mod egal sau mai bine în comparație cu hidrogelurile derivate în mod natural. În studiul lui Mathieu și colab. (2012), este interesant de observat că injectarea hidoxiproypl metilcelulozei silanizate nu a îmbunătățit măsurătorile ecocardiografice la 8 săptămâni, posibil din cauza lipsei de bioactivitate intrinsecă. Cu toate acestea, injectarea MSCs cu metilceluloză hidoxiproypl silanizată a îmbunătățit semnificativ diametrul sistolic final LV, scurtarea fracționată și fracția de ejecție.
într-un model mini pig MI, Lin și colab. (2010) celulele mononucleare ale măduvei osoase injectate (MNC) cu oligopeptide auto-asamblate imediat după infarct. Injectarea MNC cu peptidă NFS a îmbunătățit supraviețuirea MNC de zece ori comparativ cu MNC injectate singure. Mai mult, injectarea cu NFs a crescut diferențierea MNC la celulele endoteliale și musculare netede, ducând la creșterea densității capilare în comparație cu injecția MNC singură. Dintre cele trei grupuri de tratament (MNC singur, NF singur și MNC cu NF), celulele livrate cu hidrogelul NF au fost cele mai capabile să prevină dilatarea LV, să păstreze funcția cardiacă și să îmbunătățească forma infarctului. În special, fracția de ejecție și grosimea cicatricilor au fost semnificativ mai mari în grupul MNC cu NF comparativ cu oricare dintre cele administrate singure. Autorii au emis ipoteza că, în timp ce injectarea MNC singură a fost capabilă să îmbunătățească funcția sistolică, injectarea MNC cu NF a fost necesară pentru îmbunătățirea funcției diastolice și sistolice.