2.4.1 förbättra cellulär kardiomyoplastik
cellulär kardiomyoplastik har utforskats allmänt som en potentiell terapeutisk strategi för hjärtreparation och regenerering (Mohsin et al., 2011; Huu et al., 2012; Passier et al., 2008). Tillvägagångssättet innefattar transplantation av celler suspenderade i en vätska såsom saltlösning eller cellodlingsmedium i infarkt vävnad eller gränszon genom intramyokardiella injektioner. Tyvärr visar nuvarande kliniska prövningar med benmärgshärledda celler blandade resultat i förbättring av lv-ejektionsfraktion efter transplantation delvis på grund av dålig cellingraftment och överlevnad efter leverans (Wollert, 2011). Det har visats att medan transplanterade celler är livskraftiga strax efter implantation, kvarstår endast 1 vecka ~ 1% av cellerna genom TUNEL-analys (Reinecke och Murry, 2002). Det mesta av celldöd som ses inom de första dagarna av transplantationen orsakas troligen av kombinationen av ischemi, inflammation och anoikis eller apoptos inducerad av störning av cellmatrisinteraktioner (Haider och Ashraf, 2008; Robey et al., 2008). Christman et al. (2004b) var de första som visade att injektion av celler tillsammans med en hydrogel kan förbättra celltransplantationsöverlevnaden i en råtta MI-modell. Denna studie använde skelettmyoblaster hos nyfödda råttor med en fibrininjektion och visade att jämfört med konventionell vätsketillförsel förbättrade fibrin myoblastöverlevnaden med mer än två gånger. Injektion av myoblaster med fibrin ökade fraktionerad förkortning och infarktjocklek (Christman et al., 2004a), men detta skilde sig inte statistiskt från injektion av fibrin ensam. Sedan dess har användningen av fibrin som ett leveransfordon för att förbättra framgången med cellulär kardiomyoplastik visats med benmärgsceller (Nakamuta et al., 2009), märg-härledda hjärtstamceller (Guo et al., 2011) och fett-härledda stamceller (Danoviz et al., 2010; Zhang et al., 2010).
andra naturligt härledda hydrogeler som har använts för att leverera cellterapi inkluderar chitosan (Lu et al., 2009.l., 2010), Matrigel (Laflamme et al., 2007) och RGD-modifierat alginat (Yu et al., 2010). Som tidigare nämnts saknar alginat de inneboende motiven för celladhesion, så för att förhindra anoikis av transplanterade celler måste modifieringar av alginat göras för att ge cell–matrisinteraktioner. Yu et al. (2010) använde ett RGD-modifierat alginat för att inkapsla humana mesenkymala stamceller (hmsc). Mikrokulor genererade från denna lösning och injicerades i en ischemi reperfusionsmodell hos nakna råttor visade persistens av hmsc i mikrokapslar vid 7 dagar och 2 veckor, medan hmsc injicerade med medium endast kunde detekteras vid 1 dag. Både mikrokulorna och hmsc med mikrokulor kunde förhindra försämringen av främre väggtjocklek och LV-dimensioner under systole och diastol, men det fanns ingen skillnad mellan de två grupperna. För att ta itu med de olika orsakerna till dålig cellöverlevnad (ischemiska tillstånd, anoikis och frisättning av inflammatoriska faktorer), Laflamme et al. (2007) utvecklade ett mångsidigt tillvägagångssätt, som de kallade en prosurvival cocktail (PSC) som inkluderade Matrigel för att förhindra anoikis, cyklosporin A för immunsuppression, en caspashämmare, Anti-mitokondriell-apoptotisk peptid Bcl-XL, insulinliknande tillväxtfaktor och en förening som efterliknar ischemisk konditionering. Användning av PSC förbättrad överlevnad av human embryonal stamcell (hESC) -härledd kardiomyocyttransplantation och ökad transplantatstorlek med sju gånger från 1 till 4 veckor efter injektion. Spännande resulterade detta kombinatoriska tillvägagångssätt i infarkter med signifikant återmuskularisering (upp till 10,7%; färgplatta VIII). Injektion av hESC-härledda kardiomyocyter med PSC förbättrade signifikant LV-systolisk dimension, fraktionerad förkortning och väggförtjockning jämfört med endast PSC, icke-kontraktil cell med PSC och serumfria mediakontroller.
av syntetiska hydrogeler, PEG-baserade (Wang et al., 2009b; Kraehenbuehl et al., 2011), PNIPAAm-baserade hydrogeler (Li et al., 2010; Wall et al., 2010), peptid NFs (Dubois et al., 2008) och hydroxipropylmetylcellulosa (Mathieu et al., 2012) har injicerats tillsammans med celler i små djur MI-modeller för hjärtreparation. Som nämnts i Avsnitt 2.2 saknar PEG och PNIPAAm inneboende bioaktivitet och är icke-nedbrytbara, men de är lätt modifierbara med biomolekyler för att förbättra dessa egenskaper. Kraehenbuehl et al. (2011) modifierade PEG-vinylsulfonhydrogeler med MMP-klyvbara peptider och integrinbindande ligander för att producera ett celllim och nedbrytbar hydrogel. Med hjälp av denna biomimetiska syntetiska hydrogel levererade de hESCs och thymosin 24, en angiogen och Pro-överlevnadsfaktor, 1 timme efter total ocklusion i en råtta MI-modell. De noterade att under veckor, när hydrogelen försämrades, ökade celler i kontakt med gelen. Vid 6 veckor var hydrogelen odetekterbar, men celler som levererades med hydrogelen och tymosinen 24 hade signifikant mindre infarktstorlek och slutdiastolisk volym än PBS-injicerade kontroller. Vidare förbättrades systolisk volym och ejektionsfraktion signifikant jämfört med alla andra behandlingsgrupper. Liknande, Wall et al. (2010) försökte också modifiera den termoresponsiva syntetiska hydrogel PNIPAAm med tillsats av MMP-nedbrytbara peptidkorslinkare och RGD-innehållande peptidsekvenser. Injektioner gjordes med mus benmärgs-härledda MSc i en Murin Total ocklusionsmodell omedelbart efter infarkt. Vid 6 veckor var MSC: er detekterbara i 38% av hjärtan när de injicerades med hydrogelen, men var oidentifierbara när de injicerades ensamma. Intressant resulterade användningen av Matrigel i 25% av hjärtan med detekterbara celler, vilket indikerar att syntetiska hydrogeler, med biomimetiska modifieringar, kunde stödja cellmatrisinteraktioner och minska anoikis lika eller bättre jämfört med naturligt härledda hydrogeler. I studien av Mathieu et al. (2012) är det intressant att notera att injektion av den silaniserade hydroxyproypl metylcellulosa ensam inte förbättrade ekokardiografmätningar vid 8 veckor, möjligen på grund av dess brist på inneboende bioaktivitet. Injektion av MSC med silaniserad hydoxiproypl metylcellulosa förbättrade emellertid signifikant LV-systolisk diameter, fraktionerad förkortning och ejektionsfraktion.
i en mini pig MI-modell, Lin et al. (2010) injicerade benmärgsmononukleära celler (MNC) med självmonterande oligopeptider omedelbart efter infarkt. Injektion av MNC med peptid NFS förbättrad MNC överlevnad tio gånger jämfört med MNC injiceras ensam. Dessutom ökade injektion med NFs MNC-differentiering till endotel-och glattmuskelceller, vilket ledde till ökad kapillärtäthet jämfört med enbart MNC-injektion. Av de tre behandlingsgrupperna (MNC ensam, NF ensam och MNC med NF) kunde celler som levererades med NF-hydrogelen bäst förhindra lv-dilatation, bevara hjärtfunktionen och förbättra infarktformen. I synnerhet var ejektionsfraktion och ärrtjocklek signifikant högre i MNC med NF-gruppen jämfört med antingen givet ensamt. Författarna antog att medan injektion av MNC ensam kunde förbättra systolisk funktion, var injektion av MNC med NF nödvändig för förbättring av både diastolisk och systolisk funktion.