Актуальность

kpccz

Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний

Complex Issues of Cardiovascular Diseases

2306-12782587-9537

Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”

10.17802/2306-1278-2021-10-3-34-43

kpccz-945

Research Article

ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Патологическая физиология

ORIGINAL STUDIES. Pathological physiology

Клеточные пласты на основе кардиальных прогениторных клеток продуцируют проангиогенные факторы роста и оказывают локальное стимулирующее воздействие на формирование капилляров после инфаркта миокарда

Cardiac progenitor cell sheets secrete proangiogenic growth factors and locally activate capillarogenesis after infarction

https://orcid.org/0000-0003-2712-4997

Дергилев

К. В.

Dergilev

K. V.

Дергилев Константин Владимирович - кандидат медицинских наук ведущий научный сотрудник лаборатории ангиогенеза института экспериментальной кардиологии.

Ул. 3-я Черепковская, 15а, Москва, 121552

Dergilev Konstantin V., PhD, Leading Researcher at the Laboratory of Angiogenesis, Institute of Experimental Cardiology.

3rd Cherepkovskaya St., 15 a, Moscow, 121552

doctorkote@gmail.com

https://orcid.org/0000-0003-2441-6062

Цоколаева

З. И.

Tsokolaeva

Z. I.

Цоколаева Зоя Ивановна - кандидат биологических наук старший научный сотрудник лаборатории ангиогенеза института экспериментальной кардиологии НМИЦК; ведущий научный сотрудник лаборатории экспериментальных исследований научно-исследовательского института общей реаниматологии имени В.А. Негевского ФНКЦРР.

Ул. 3-я Черепковская, 15а, Москва, 121552; д. Лыткарино, 777, Московская область, 140083

Tsokolaeva ZoyaI., PhD, Senior Researcher at the Laboratory of Angiogenesis, Institute of Experimental Cardiology.

3rd Cherepkovskaya St., 15 a, Moscow, 121552; 777, Lytkarino, 140083

https://orcid.org/0000-0002-6367-3785

Василец

Ю. Д.

Vasilets

Yu. D.

Василец Юлия Дмитриевна, лаборант-исследователь лаборатории ангиогенеза института экспериментальной кардиологии.

Ул. 3-я Черепковская, 15а, Москва, 121552

Vasilets Yulia D., Laboratory Assistant at the Laboratory of Angiogenesis, Institute of Experimental Cardiology.

3rd Cherepkovskaya St., 15 a, Moscow, 121552

https://orcid.org/0000-0002-2345-3681

Белоглазова

И. Б.

Beloglazova

I. B.

Белоглазова Ирина Борисовна, кандидат биологических наук старший научный сотрудник лаборатории ангиогенеза института экспериментальной кардиологии.

Ул. 3-я Черепковская, 15а, Москва, 121552

Beloglazova Irina B., PhD, Senior Researcher at the Laboratory of Angiogenesis, Institute of Experimental Cardiology.

3rd Cherepkovskaya St., 15 a, Moscow, 121552

https://orcid.org/0000-0002-0969-5780

Парфенова

Е. В.

Parfenova

E. V.

Парфенова Елена Викторовна, член-корреспондент РАН, доктор медицинских наук, профессор руководитель лаборатории ангиогенеза, директор института экспериментальной кардиологии НМИЦК; заведующая лабораторией постгеномных технологий в медицине факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова.

Ул. 3-я Черепковская, 15а, Москва, 121552; Ленинские горы, 1, Москва, 119991

Parfenova Elena V., Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, PhD, Professor, Head of the Laboratory of Angiogenesis, Institute of Experimental Cardiology, NMRCC; Head of the Laboratory of Postgenomic Technologies in Medicine, Faculty of Fundamental Medicine, M.V Lomonosov MSU.

3rd Cherepkovskaya St., 15 a, Moscow, 121552; 1, Leninskie gory, Moscow, 119991

Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияFederal State Budgetary Institution National Medical Research Center of Cardiology” of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian Federation

Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии Министерства здравоохранения Российской Федерации; Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияFederal State Budgetary Institution National Medical Research Center of Cardiology of the Ministry of Health of the Russian Federation; Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and RehabilitologyRussian Federation

Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияFederal State Budgetary Institution National Medical Research Center of Cardiology of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian Federation

Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии Министерства здравоохранения Российской Федерации; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияFederal State Budgetary Institution National Medical Research Center of Cardiology of the Ministry of Health of the Russian Federation; Federal State Budget Educational Institution of Higher Education M.V.Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation

2021

23092021

1033443

2021

Дергилев К.В., Цоколаева З.И., Василец Ю.Д., Белоглазова И.Б., Парфенова Е.В.

Dergilev K.V., Tsokolaeva Z.I., Vasilets Y.D., Beloglazova I.B., Parfenova E.V.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.nii-kpssz.com/jour/article/view/945

Актуальность

Актуальность. Использование тканеинженерных конструкций, моделирующих естественное микроокружение клеток, поддерживающих их жизнеспособность и функциональные свойства, является новым перспективным направлением лечения заболеваний ишемической природы. Однако механизмы, обеспечивающие эффективность такого вида лечения и условия выбора оптимальной популяции прогениторных клеток, остаются малоизученными.

Цель

Цель. Исследовать профиль секреции проангиогенных факторов роста клетками кардиосфер, формирующими клеточные пласты (КП), и влияние трансплантации конструкции на восстановление капилляров после инфаркта.

Материалы и методы . Для создания КП на основе клеток кардиосфер использованы чашки с термочувствительным покрытием. Характеристику КП выполняли с помощью иммунофлуоресцентного окрашивания и коммерческого набора для определения проангиогенных факторов Mouse Angiogenesis Antibody Array (R&D, США). Оценку ангиогенных свойств клеточного графта in vivo проводили на модели инфаркта миокарда у крыс.

Результаты

Результаты. Обнаружено, что сформированные КП секретируют факторы, участвующие в регуляции васкуло- и ангиогенеза. При этом культивирование КП в условиях умеренной гипоксии (3% O2) приводило к повышению секреции проангиогенных факторов VEGF и PIGF, FGF1, FGF2, эндотелина 1, а также MMP9, регулирующей уровень VEGF и участвующей в ремоделировании внеклеточного матрикса. Трансплантация КП на эпикардиальную поверхность сердца после инфаркта способствует сохранению жизнеспособности клеток и локальному повышению васкуляризации зоны повреждения.

Заключение

Заключение. Использование КП на основе клеток кардиосфер, обладающих проангиогенными свойствами и возможностью поддерживать посттрансплантационную выживаемость клеток, может рассматриваться в качестве перспективного подхода для разработки новых средств лечения заболеваний сердца.

Background

Background. The application of tissue-engineered constructs that simulate the natural microenvironment of cells, maintain their viability and functional properties, is a new promising route for the treatment of ischemic diseases. However, the mechanisms that ensure the effectiveness of this type of treatment and the principles of choosing the optimal population of progenitor cells remain poorly understood.

Aim

Aim. To study the profile of secretion of proangiogenic growth factors of cardiosphere-derived cell sheet (CS), and to study the effect of their transplantation on postinfarction myocardial vascularization.

Methods

Methods. Assembly of cardiosphere-derived cell sheets were performed on thermosensitive culture plates. Characterization of cell sheets was performed using immunofluorescence staining and a commercial kit for the determination of proangiogenic factors “Mouse Angiogenesis Antibody Array”. The evaluation of the angiogenic properties of the cell graft in vivo was carried out using a rat myocardial infarction model.

Results

Results. It was found that the cardiosphere-derived cell sheet secrete factors involved in the regulation of vasculo-/angiogenesis. At the same time, the cultivation of cell sheets under hypoxic conditions (3% O2) led to an increase in the secretion of proangigenic factors VEGF and pIgF, fGf-1, FGF-2, endothelin-1, as well as MMP-9, which is involved in extracellular matrix remodeling. Cell sheet transplantation on the epicardial surface of the heart after myocardial infarction ensures cell viability and local increase in capillarization of the damaged area.

Conclusion

Conclusion. Thus, the application of cardiosphere-derived cell sheets, which have proangiogenic properties and ability to maintain post transplantation cell survival, can be considered as a promising approach for the development of new methods of therapy for heart diseases

кардиосферыклеточные пластыкапиллярогенез

cardiospherecell sheetscapillarogenesis

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ 18-015-00430 и РНФ 17-15-01368П (характеристика клеточных пластов in vitro)

References1

Tomasoni D., Adamo M., Anker M.S., von Haehling S., Coats A.J.S., Metra M. Heart failure in the last year: progress and perspective. ESC Heart Fail. 2020;7(6):3505-30. doi: 10.1002/ehf2.13124.

Fattouch K., Guccione F. The Role of Surgical Treatment of Severe Functional Mitral Regurgitation in Heart Failure.Cardiol Clin. 2021;39(2):185-188. doi: 10.1016/j.ccl.2021.01.012.

Hetzer R., Javier M.F.D.M., Wagner F., Loebe M., Javier Delmo E.M. Organ-saving surgical alternatives to treatment of heart failure. Cardiovasc Diagn Ther. 2021;11(1):213-225. doi: 10.21037/cdt-20-285.

Korpela H., Jarvelainen N., Siimes S., Lampela J., Airaksinen J., Valli K., Turunen M., Pajula J., Nurro J., Yla-Herttuala S. Gene therapy for ischaemic heart disease and heart failure. J Intern Med. 2021;290(3):567-582. doi: 10.1111/joim.13308.

Zachary I., Morgan R.D. Therapeutic angiogenesis for cardiovascular disease: biological context, challenges, prospects. Heart. 2011;97(3):181-9. doi: 10.1136/hrt.2009.180414.

Дергилев К.В., Василец Ю.Д., Цоколаева З.И., Зубкова Е.С., Парфенова Е.В. Перспективы клеточной терапии инфаркта миокарда и сердечной недостаточности на основе клеток кардиосфер. Терапевтический архив. 2020;92(4):111-120. doi: 10.26442/00403660.2020.04.000634.

Dergilev K.V, Vasilets Iu.D., Tsokolaeva Z.I., et al. Perspectives of cell therapy for myocardial infarction and heart failure based on cardiosphere cells. Therapeutic Archive. 2020; 92 (4): 111-120 (in Russian). doi: 10.26442/00403660.2020.04.000634.

Mancuso A., Barone A., Cristiano M.C., Cianflone E., Fresta M., Paolino D. Cardiac Stem Cell-Loaded Delivery Systems: A New Challenge for Myocardial Tissue Regeneration. Int J Mol Sci. 2020;21(20):7701. doi: 10.3390/ijms21207701.

Wang L., Serpooshan V., Zhang J. Engineering Human Cardiac Muscle Patch Constructs for Prevention of Post-infarction LV Remodeling. Front Cardiovasc Med. 2021;8:621781. doi: 10.3389/fcvm.2021.621781.eCollection 2021.

Wu X., Wu S., Kawashima H., Hara H., Ono M., Gao C., Wang R., Lunardi M., Sharif F., Wijns W., Serruys P. W., Onuma Y. Current perspectives on bioresorbable scaffolds in coronary intervention and other fields. Expert Rev Med Devices. 2021;18(4):351-365. doi: 10.1080/17434440.2021.1904894.

Dergilev K.V., Shevchenko E.K., Tsokolaeva Z.I., Beloglazova I.B., Zubkova E.S., Boldyreva M.A., Menshikov M.Y, Ratner E.I., Penkov D., Parfyonova YV. Cell Sheet Comprised of Mesenchymal Stromal Cells Overexpressing Stem Cell Factor Promotes Epicardium Activation and Heart Function Improvement in a Rat Model of Myocardium Infarction. Int J Mol Sci. 2020;21(24):9603. doi: 10.3390/ijms21249603.

Dergilev K.V, Shevchenko E.K., Tsokolaeva Z.I., Beloglazova I.B., Zubkova E.S., Boldyreva M.A., Menshikov M.Y., Ratner E.I., Penkov D., Parfyonova Y.V. Cell Sheet Comprised of Mesenchymal Stromal Cells Overexpressing Stem Cell Factor Promotes Epicardium Activation and Heart Function Improvement in a Rat Model of Myocardium Infarction. Int J Mol Sci. 2020;21(24):9603. doi: 10.3390/ijms21249603.

Boldyreva M.A., Shevchenko E.K., Molokotina YD., Makarevich P.I., Beloglazova I.B., Zubkova E.S., Dergilev K.V., Tsokolaeva Z.I., Penkov D., Hsu M.N., Hu Y.C., Parfyonova Y.V. Transplantation of Adipose Stromal Cell Sheet Producing Hepatocyte Growth Factor Induces Pleiotropic Effect in Ischemic Skeletal Muscle. Int J Mol Sci. 2019;20(12):3088. doi: 10.3390/ijms20123088.

Boldyreva M.A., Shevchenko E.K., Molokotina Y.D., Makarevich P.I., Beloglazova I.B., Zubkova E.S., Dergilev K.V, Tsokolaeva Z.I., Penkov D., Hsu M.N., Hu Y.C., Parfyonova Y.V. Transplantation of Adipose Stromal Cell Sheet Producing Hepatocyte Growth Factor Induces Pleiotropic Effect in Ischemic Skeletal Muscle. Int J Mol Sci. 2019;20(12):3088. doi: 10.3390/ijms20123088.

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

Ashur C., Frishman W.H.Cardiosphere-Derived Cells and Ischemic Heart Failure. Cardiol Rev. 2018;26(1):8-21. doi: 10.1097/CRD.0000000000000173.

Дергилев К.В., Василец Ю.Д., Цоколаева З.И., Парфенова Е.В. Трансформирующий фактор роста бета 1 (TGF-P1) регулирует сборку кардиальных сфероидов. Клеточные технологии в биологии и медицине. 2020;4:262-266. doi: 10.47056/1814-3490-2020-4-262-266.

Dergilev K.V, Vasilets Yu.D., Tsokolaeva Z.I., Parfenova E.V Transforming Growth Factor p 1 (TGFp1) regulates the assembly of cardiac spheroids. Cell Technologies in Biology and Medicine. 2020;4:262-266 (in Russian). doi: 10.47056/1814-3490-2020-4-262-266.

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. doi: 10.1038/sj.mt.6300262.

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. doi: 10.1038/sj.mt.6300262.

Grunewald M., Avraham I., Dor Y., Bachar-Lustig E., Itin A., Jung S., Chimenti S., Landsman L., Abramovitch R., Keshet E. VEGF-induced adult neovascularization: recruitment, retention, and role of accessory cells. Cell. 2006;124(1):175-89. doi: 10.1016/j.cell.2005.10.036.

Grunewald M., Avraham I., Dor Y, Bachar-Lustig E., Itin A., Jung S., Chimenti S., Landsman L., Abramovitch R., Keshet E. VEGF-induced adult neovascularization: recruitment, retention, and role of accessory cells. Cell. 2006;124(1):175-89. doi: 10.1016/j.cell.2005.10.036.

Liu Z., Mikrani R., Zubair H.M., Taleb A., Naveed M., Baig M.M.F.A., Zhang Q., Li C., Habib M., Cui X., Sembatya K.R., Lei H., Zhou X. Systemic and local delivery of mesenchymal stem cells for heart renovation: Challenges and innovations. Eur J Pharmacol. 2020;876:173049. doi: 10.1016/j.ejphar.2020.173049.

Hematti P. Role of Extracellular Matrix in Cardiac Cellular Therapies. Adv Exp Med Biol. 2018;1098:173-188. doi: 10.1007/978-3-319-97421-7_9.

Behёn H., Evens L., Hendrikx M., Bito V, Bronckaers A. Combining stem cells in myocardial infarction: The road to superior repair? Med Res Rev. 2021 Jun 11. doi: 10.1002/med.21839. Online ahead of print.

Zhang M., Methot D., Poppa V., Fujio Y., Walsh K., Murry C.E. Cardiomyocyte grafting for cardiac repair: graft cell death and anti-death strategies. J Mol Cell Cardiol. 2001;33(5):907-21. doi: 10.1006/jmcc.2001.1367.

Zimna A., Kurpisz M. Hypoxia-Inducible Factor-1 in Physiological and Pathophysiological Angiogenesis: Applications and Therapies. Biomed Res Int. 2015;2015:549412. doi: 10.1155/2015/549412.

Kelly B.D., Hackett S.F., Hirota K., Oshima Y., Cai Z., Berg-Dixon S., Rowan A., Yan Z., Campochiaro PA., Semenza G.L. Cell type-specific regulation of angiogenic growth factor gene expression and induction of angiogenesis in nonischemic tissue by a constitutively active form of hypoxia-inducible factor 1. Circ Res. 2003;93(11):1074-81. doi: 10.1161/01.RES.0000102937.50486.1B.

Ceradini D.J., Kulkarni A.R., Callaghan M.J., Tepper O. M., Bastidas N., Kleinman M.E., Capla J.M., Galiano R.D., Levine J.P., Gurtner G.C. Progenitor cell trafficking is regulated by hypoxic gradients through HIF-1 induction of SDF-1. Nat Med. 2004;10(8):858-64. doi: 10.1038/nm1075.

Ceradini D.J., Kulkarni A.R., Callaghan M.J., Tepper O.M., Bastidas N., Kleinman M.E., Capla J.M., Galiano R.D., Levine J.P., Gurtner G.C. Progenitor cell trafficking is regulated by hypoxic gradients through HIF-1 induction of SDF-1. Nat Med. 2004;10(8):858-64. doi: 10.1038/nm1075.

Simon M.P, Tournaire R., Pouyssegur J. The angiopoietin-2 gene of endothelial cells is up-regulated in hypoxia by a HIF binding site located in its first intron and by the central factors GATA-2 and Ets-1. J Cell Physiol. 2008;217(3):809-18. doi: 10.1002/jcp.21558.

Takahashi T., Kalka C., Masuda H., Chen D., Silver M., Kearney M., Magner M., Isner J.M., Asahara T. Ischemia-and cytokine-induced mobilization of bone marrow-derived endothelial progenitor cells for neovascularization. Nat Med. 1999;5(4):434-8. doi: 10.1038/7434.

Kinnaird T., Stabile E., Burnett M.S., Epstein S. E. Bone-marrow-derived cells for enhancing collateral development: mechanisms, animal data, and initial clinical experiences. Circ Res. 2004;95(4):354-63. doi: 10.1161/01.RES.0000137878.26174.66.

Grant M.B., May W.S., Caballero S., Brown G.A., Guthrie S.M., Mames R.N., Byrne B.J., Vaught T., Spoerri P. E., Peck A.B., Scott E.W. Adult hematopoietic stem cells provide functional hemangioblast activity during retinal neovascularization. Nat Med. 2002;8(6):607-12. doi: 10.1038/nm0602-607.

Grant M.B., May W.S., Caballero S., Brown G.A., Guthrie S.M., Mames R.N., Byrne B.J., Vaught T., Spoerri P.E., Peck A.B., Scott E.W. Adult hematopoietic stem cells provide functional hemangioblast activity during retinal neovascularization. Nat Med. 2002;8(6):607-12. doi: 10.1038/nm0602-607.

Rehman J., Li J., Orschell C.M., March K.L. Peripheral blood "endothelial progenitor cells" are derived from monocyte/ macrophages and secrete angiogenic growth factors. Circulation. 2003;107(8):1164-9. doi: 10.1161/01.cir.0000058702.69484.a0.

Rehman J., Li J., Orschell C.M., March K.L. Peripheral blood "endothelial progenitor cells" are derived from monocyte/macrophages and secrete angiogenic growth factors. Circulation. 2003;107(8):1164-9. doi: 10.1161/01.cir.0000058702.69484.a0.

Ibrahim A.G., Cheng K., Marban E. Exosomes as critical agents of cardiac regeneration triggered by cell therapy. Stem Cell Reports. 2014;2(5):606-19. doi: 10.1016/j.stemcr.2014.04.006.

Hirai K., Ousaka D., Fukushima Y., Kondo M., Eitoku T. , Shigemitsu Y., Hara M., Baba K., Iwasaki T., Kasahara S., Ohtsuki S., Oh H. Cardiosphere-derived exosomal microRNAs for myocardial repair in pediatric dilated cardiomyopathy. Sci Transl Med. 2020 Dec 9;12(573):eabb3336. doi: 10.1126/scitranslmed.abb3336.

Bittle G.J., Morales D., Pietris N., Parchment N., Parsell D., Peck K., Deatrick K.B., Rodriguez-Borlado L., Smith R.R., Marban L., Kaushal S. Exosomes isolated from human cardiosphere-derived cells attenuate pressure overload-induced right ventricular dysfunction. J Thorac Cardiovasc Surg. 2021: 162(3):975-986.e6. doi: 10.1016/j.jtcvs.2020.06.154.

Malliaras K., Li T.S., Luthringer D., Terrovitis J., Cheng K., Chakravarty T., Galang G., Zhang Y, Schoenhoff F., Van Eyk J., Marban L., Marban E. Safety and efficacy of allogeneic cell therapy in infarcted rats transplanted with mismatched cardiosphere-derived cells. Circulation. 2012;125(1):100-12. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.111.042598.

Chakravarty T., Henry T.D., Kittleson M., Lima J., Siegel R.J., Slipczuk L., Pogoda J.M., Smith R.R., Malliaras K., Marban L., Ascheim D.D., Marban E., Makkar R.R. Allogeneic cardiosphere-derived cells for the treatment of heart failure with reduced ejection fraction: the Dilated cardiomYopathy iNtervention with Allogeneic MyocardIally-regenerative Cells (DYNAMIC) trial. EuroIntervention. 2020;16(4):e293-e300. doi: 10.4244/EIJ-D-19-00035.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.