CELL AND TISSUE THERAPY OF HEART

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Стратегия тканевой инженерии сердца достаточно проста: удалить все клетки из органа, оставить белковый каркас и заселить его стволовыми клетками, иммунологически подобранными для пациента. Хотя разработаны различные успешные методы децеллюризации и продемонстрирована целесообразность использования децеллюризированных цельных сердец, реальность создания цельных сердец для трансплантации и клинического применения децеллюризированных каркасов потребует большого количества исследований, в частности того, как линейно-рестриктированные клетки-предшественники заселяют децеллюризированное сердце и дифференцируются в разные кардиоспецифичные популяции нативного сердца. Каркас сердца не обязательно должен быть человеческим. Сердце свиньи несет все важнейшие компоненты внеклеточного матрикса. Методом проб и ошибок, варьируя концентрации, сроки и силу давления детергентов, исследователи усовершенствовали процесс де целлюляризации на сотнях сердец, но это только первый шаг. Далее каркас должен быть заселен человеческими клетками. Большинство исследователей использует смесь двух или более типов клеток, таких как эндотелиальные клетки-предшественники для кровеносных сосудов и мышечные предшественники для стенок камер. Последняя проблема является одной из самых сложных: васкуляризация, помещение ткане-инженерного сердца в живое животное, интеграция с тканями реципиента и поддержание его сокращений в течение длительного времени. Многое еще предстоит сделать, прежде чем ткане-инженерное сердце станет доступным для трансплантации в организм человека.

Об авторах

Сергей Григорьевич Щербак

СПбГУ; СПб ГБУЗ «Городская больница №40»

Email: kreml74@mail.ru
Кафедра последипломного медицинского образования Медицинского факультета Санкт-Петербург, Россия

Д Г Лисовец

СПб ГБУЗ «Городская больница №40»

Санкт-Петербург, Россия

А М Сарана

СПбГУ; СПб ГБУЗ «Городская больница №40»

Кафедра последипломного медицинского образования Медицинского факультета Санкт-Петербург, Россия

С В Макаренко

СПбГУ; СПб ГБУЗ «Городская больница №40»

Кафедра последипломного медицинского образования Медицинского факультета Санкт-Петербург, Россия

Т А Камилова

СПб ГБУЗ «Городская больница №40»

Санкт-Петербург, Россия

А С Голота

СПб ГБУЗ «Городская больница №40»

Санкт-Петербург, Россия

М А Снегирев

СПб ГБУЗ «Городская больница №40»

Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. Georgiadis V, Knight RA, Jayasinghe SN, Stephanou A. Cardiac tissue engineering: renewing the arsenal for the battle against heart disease. Integr Biol (Camb). 2014;6(2):111-26. doi: 10.1039/c3ib40097b.
  2. Reis LA, Chiu LL, Feric N, Fu L, Radisic M. Biomaterials in myocardial tissue engineering. J Tissue Eng Regen Med. 2016;10(1 ):11-28. doi: 10.1002/term.1944.
  3. Maher B. Tissue engineering: How to build a heart. Nature. 2013;499(7456):20-2. doi: 10.1038/499020a.
  4. Matsuura K, Masuda S, Shimizu T. Cell sheet-based cardiac tissue engineering. Anat Rec (Hoboken). 2014;297(1):65-72. doi: 10.1002/ar.22834.
  5. Serrao GW, Turnbull IC, Ancukiewicz D, Kim DE, Kao E, Cashman TJ, Hadri L, Hajjar RJ, Costa KD. Myocyte-depleted engineered cardiac tissues support therapeutic potential of mesenchymal stem cells. Tissue Eng. Part A. 2012;18(13-14):1322-33. doi: 10.1089/ten.TEA.2011.0278.
  6. Makkar RR, Smith RR, Cheng K, Malliaras K, Thomson LE, Berman D, Czer LS, Marban L, Mendizabal A, Johnston PV, Russell SD, Schuleri KH, Lardo AC, Gerstenblith G, Marban E. Intracoronary cardiosphere-derived cells for heart regeneration after myocardial infarction (CADUCEUS): a prospective, randomised phase 1 trial. Lancet. 2012;379(9819):895-904. doi: 10.1016/S0140-6736(12)60195-0.
  7. Fukushima S, Sawa Y, Suzuki K. Choice of cell-delivery route for successful cell transplantation therapy for the heart. Future Cardiol. 2013;9(2):215-27. doi: 10.2217/fca.12.85.
  8. Zwi-Dantsis L, Huber I, Habib M, Winterstern A, Gepstein A, Arbel G, Gepstein L. Derivation and cardiomyocyte differentiation of induced pluripotent stem cells from heart failure patients. Eur Heart J. 2013;34(21):1575-86. doi: 10.1093/eurheartj/ehs096.
  9. Momtahan N, Sukavaneshvar S, Roeder BL, Cook AD. Strategies and processes to decellularize and recellularize hearts to generate functional organs and reduce the risk of thrombosis. Tissue Eng. Part B Rev. 2015;21(1):115-32. doi: 10.1089/ten.TEB.2014.0192.
  10. Wang B, Wang G, To F, Butler JR, Claude A, McLaughlin RM, Williams LN, de Jongh Curry AL, Liao J. Myocardial scaffold-based cardiac tissue engineering: application of coordinated mechanical and electrical stimulations. Langmuir. 2013;29(35):11109-17. doi: 10.1021/la401702w.
  11. Hirt MN, Hansen A, Eschenhagen T. Cardiac tissue engineering: state of the art. Circ Res. 2014;114(2):354-67. doi: 10.1161/CIRCRESA-HA.114.300522.
  12. Chiu LL, Iyer RK, King JP, Radisic M. Biphasic electrical field stimulation aids in tissue engineering of multicell-type cardiac organoids. Tissue Eng Part A. 2011;17(11-12):1465-77. doi: 10.1089/ten.tea.2007.0244.
  13. Kubo H, Shioyama T, Oura M, Suzuki A, Ogawa T, Makino H, Takeda S, Kino-oka M, Shimizu T, Okano T, Yamamori S. Development of automated 3-dimensional tissue fabrication system Tissue Factory - Automated cell isolation from tissue for regenerative medicine. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2013;2013:358-61. doi: 10.1109/EMBC.2013.6609511.
  14. Narita T, Shintani Y, Ikebe C, Kaneko M, Harada N, Tshuma N, Takahashi K, Campbell NG, Coppen SR, Yashiro K, Sawa Y, Suzuki K. The use of cell-sheet technique eliminates arrhythmogenicity of skeletal myoblast-based therapy to the heart with enhanced therapeutic effects. Int J Cardiol. 2013;168(1):261-9. doi: 10.1016/j.ijcard.2012.09.081.
  15. Zeng QC, Guo Y, Liu L, Zhang XZ, Li RX, Zhang CQ, Hao QX, Shi CH, Wu JM, Guan J. Cardiac fibroblast-derived extracellular matrix produced in vitro stimulates growth and metabolism of cultured ventricular cells. Int Heart J. 2013;54(1):40-4.
  16. Matsuura K, Haraguchi Y, Shimizu T, Okano T. Cell sheet transplantation for heart tissue repair. J Control Release. 2013;169(3):336-40. doi: 10.1016/j.jconrel.2013.03.003.
  17. Masumoto H, Matsuo T, Yamamizu K, Uosaki H, Narazaki G, Katayama S, Marui A, Shimizu T, Ikeda T, Okano T, Sakata R, Yamashita JK. Pluripotent stem cell-engineered cell sheets reassembled with defined cardiovascular populations ameliorate reduction in infarct heart function through cardiomyocyte-mediated neovascularization. Stem Cells. 2012;30(6):1196-205. doi: 10.1002/stem.1089.
  18. Sawa Y, Miyagawa S, Sakaguchi T, Fujita T, Matsuyama A, Saito A, Shimizu T, Okano T. Tissue engineered myoblast sheets improved cardiac function sufficiently to discontinue LVAS in a patient with DCM: report of a case. Surg Today. 2012;42(2):181-4. doi: 10.1007/s00595-011 -0106-4.
  19. Sekine H, Shimizu T, Sakaguchi K, Dobashi I, Wada M, Yamato M, Kobayashi E, Umezu M, Okano T. In vitro fabrication of functional threedimensional tissues with perfusable blood vessels. Nat Commun. 2013;4:1399. doi: 10.1038/ncomms2406.
  20. Kawamura M, Miyagawa S, Miki K, Saito A, Fukushima S, Higuchi T, Kawamura T, Kuratani T, Daimon T, Shimizu T, Okano T, Sawa Y. Feasibility, safety, and therapeutic efficacy of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocyte sheets in a porcine ischemic cardiomyopathy model. Circulation. 2012;126(11 Suppl 1):S29-37.
  21. Wang B, Tedder ME, Perez CE, Wang G, de Jongh Curry AL, To F, Elder SH, Williams LN, Simionescu DT, Liao J. Structural and biomechanical characterizations of porcine myocardial extracellular matrix. J Mater Sci Mater Med. 2012;23(8):1835-47. doi: 10.1007/s10856-012-4660-0.
  22. Oberwallner B, Brodarac A, Choi YH, Saric T, Anic P, Morawietz L, Stamm C. Preparation of cardiac extracellular matrix scaffolds by decellularization of human myocardium. J Biomed Mater Res A. 2014;102(9):3263-72.
  23. Sarig U, Au-Yeung GC, Wang Y, Bronshtein T, Dahan N, Boey FY, Venkatraman SS, Machluf M. Thick acellular heart extracellular matrix with inherent vasculature: a potential platform for myocardial tissue regeneration. Tissue Eng Part A. 2012;18(19-20):2125-37. doi: 10.1089/ten. TEA.2011.0586.
  24. Muscari C, Giordano E, Bonafè F, Govoni M, Guarnieri C. Strategies affording prevascularized cell-based constructs for myocardial tissue engineering. Stem Cells Int. 2014;2014:434169. doi: 10.1155/2014/434169.
  25. Sarig U, Sarig H, de-Berardinis E, Chaw SY, Nguyen EB, Ramanujam VS, Thang VD, Al-Haddawi M, Liao S, Seliktar D, Kofidis T, Boey FY, Venkatraman SS, Machluf M. Natural myocardial ECM patch drives cardiac progenitor based restoration even after scarring. Acta Biomater. 2016;44:209-220. doi: 10.1016/j.actbio.2016.08.031.
  26. Dong J, Li Y, Mo X. The study of a new detergent (octyl-glucopyranoside) for decellularizing porcine pericardium as tissue engineering scaffold. J Surg Res. 2013;183(1):56-67. doi: 10.1016/j.jss.2012.11.047.
  27. Guyette JP, Gilpin SE, Charest JM, Tapias LF, Ren X, Ott HC. Perfusion decellularization of whole organs. Nat Protoc. 2014;9(6):1451-68. doi: 10.1038/nprot.2014.097.
  28. Gilbert TW. Strategies for tissue and organ decellularization. J Cell Biochem. 2012;113(7):2217-22. doi: 10.1002/jcb.24130.
  29. Robertson MJ, Dries-Devlin JL, Kren SM, Burchfield JS, Taylor DA. Optimizing recellularization of whole decellularized heart extracellular matrix. PLoS One. 2014;9(2):e90406. doi: 10.1371/journal.pone.0090406.
  30. Witzenburg C, Raghupathy R, Kren SM, Taylor DA, Barocas VH. Mechanical changes in the rat right ventricle with decellularization. J Biomech. 2012;45(5):842-9. doi: 10.1016/j.jbiomech.2011.11.025.
  31. Lu TY, Lin B, Kim J, Sullivan M, Tobita K, Salama G, Yang L. Repopulation of decellularized mouse heart with human induced pluripotent stem cell-derived cardiovascular progenitor cells. Nat Commun. 2013;4:2307. doi: 10.1038/ncomms3307.
  32. Merna N, Robertson C, La A, George SC. Optical imaging predicts mechanical properties during decellularization of cardiac tissue. Tissue Eng Part C Methods. 2013;19(10):802-9. doi: 10.1089/ten.TEC.2012.0720.
  33. Hülsmann J, Aubin H, Bandesha ST, Kranz A, Stoldt VR, Lichtenberg A, Akhyari P. Rheology of perfusates and fluid dynamical effects during whole organ decellularization: a perspective to individualize decellularization protocols for single organs. Biofabrication. 2015;7(3):035008. doi: 10.1088/1758-5090/7/3/035008.
  34. Sanchez PL, Fernandez-Santos ME, Espinosa MA, Gonzalez-Nicolas MA, Acebes JR, Costanza S, Moscoso I, Rodriguez H, Garcia J, Romero J, Kren SM, Bermejo J, Yotti R, Del Villar CP, Sanz-Ruiz R, Elizaga J, Taylor DA, Fernandez-Avilés F. Data from acellular human heart matrix. Data Brief. 2016 May 18;8:211-9. doi: 10.1016/j.dib.2016.04.069.
  35. Lee PF, Chau E, Cabello R, Yeh AT, Sampaio LC, Gobin AS, Taylor DA. Inverted orientation improves decellularization of whole porcine hearts. Acta Biomater. 2017;49:181-191. doi: 10.1016/j.actbio.2016.11.047.
  36. Anversa P, Kajstura J, Rota M, Leri A. Regenerating new heart with stem cells. J Clin Invest. 2013;123(1):62-70. doi: 10.1172/JCI63068.
  37. Chow M, Boheler KR, Li RA. Human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes for heart regeneration, drug discovery and disease modeling: from the genetic, epigenetic, and tissue modeling perspectives. Stem Cell Res Ther. 2013;4(4):97. doi: 10.1186/scrt308.
  38. Xu S, Zhu J, Yu L, Fu G. Endothelial progenitor cells: current development of their paracrine factors in cardiovascular therapy. J Cardiovasc Pharmacol. 2012;59(4):387-96. doi: 10.1097/FJC.0b013e3182440338.
  39. Chiu LL, Iyer RK, Reis LA, Nunes SS, Radisic M. Cardiac tissue engineering: current state and perspectives. Front Biosci (Landmark Ed). 2012;17:1533-50.
  40. Miyagi Y, Chiu LL, Cimini M, Weisel RD, Radisic M, Li RK. Biodegradable collagen patch with covalently immobilized VEGF for myocardial repair. Biomaterials. 2011;32(5):1280-90. doi: 10.1016/j.biomaterials.2010.10.007.
  41. Massai D, Cerino G, Gallo D, Pennella F, Deriu MA, Rodriguez A, Montevecchi FM, Bignardi C, Audenino A, Morbiducci U. Bioreactors as engineering support to treat cardiac muscle and vascular disease. J Health Eng. 2013;4(3):329-70. doi: 10.1260/2040-2295.4.3.329.
  42. Byron A, Humphries JD, Humphries MJ. Defining the extracellular matrix using proteomics. Int J Exp Pathol. 2013;94(2):75-92. doi: 10.1111/iep.12011.
  43. Barallobre-Barreiro J, Didangelos A, Schoendube FA, Drozdov I, Yin X, Fernandez-Caggiano M, Willeit P, Puntmann VO, Aldama-Lopez G, Shah AM, Doménech N, Mayr M. Proteomics analysis of cardiac extracellular matrix remodeling in a porcine model of ischemia/reperfusion injury. Circulation. 2012;125(6):789-802. doi: 10.1161/CIRCULA-TIONAHA.111.056952.
  44. Sarikouch S, Horke A, Tudorache I, Beerbaum P, Westhoff-Bleck M, Boethig D, Repin O, Maniuc L, Ciubotaru A, Haverich A, Ceabotari S. Decellularized fresh homografts for pulmonary valve replacement: A decade of clinical experience. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2016. doi: 10.1093/ejcts/ezw050.
  45. Voges I, Brasen JH, Entenmann A, Scheid M, Scheewe J, Fischer G, Hart C, Andrade A, Pham HM, Kramer HH, Rickers C. Adverse results of a decellularized tissue-engineered pulmonary valve in humans assessed with magnetic resonance imaging. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2013;44:e272-279. doi: 10.1093/ejcts/ezt328.
  46. Woo JS, Fishbein MC, Reemtsen B. Histologic examination of decellularized porcine intestinal submucosa extracellular matrix (cormatrix) in pediatric congenital heart surgery. Cardiovasc. Pathol. 2015;25:12-17. doi: 10.1016/j.carpath.2015.08.007.
  47. Dijkman PE, Fioretta ES, Frese L, Pasqualini FS, Hoerstrup SP. heart valve replacements with regenerative capacity. Transfus. Med. Hemother. 2016;43(4):282-290.
  48. Galvez-Monton C, Prat-Vidal C, Roura S, Soler-Botija C, Bayes-Genis A. Update: Innovation in cardiology (IV). Cardiac tissue engineering and the bioartificial heart. Rev Esp Cardiol. 2013;66(5):391-9. doi: 10.1016/j. rec.2012.11.012.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Физическая и реабилитационная медицина, медицинская реабилитация, 2020


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».