Regulation of progenitor cell homing to the area of myocardial infarction by prolonged secretion of SDF-1 factor

Full Text

Двумя основными подходами регенеративной терапии последствий острого инфаркта миокарда можно считать экзогенное введение клеток различными способами или стимуляцию выхода собственных стволовых клеток из костного мозга в кровоток. При втором подходе применяют факторы роста, мобилизирующие клетки-предшественники в периферический кровоток [например, Г-КСФ) или молекулы, влияющие на хемотаксис, миграцию и хоуминг стволовых клеток костного мозга. Одним из наиболее привлекательных факторов миграции является - SDF16, stromal cell-derived factor-1б - лиганд для CXCR4 рецептора на поверхности стволовых клеток костного мозга. Его экспрессия уже была обнаружена на клетках сосудистого эндотелия, фибробластах и остеобластах, полученных из КМ [1, 2]. Кроме того, показана его значительная роль в мобилизации и хоуминге гемопоэтических клеток после трансплантации [4, 5].

Было показано значительное, но кратковременное увеличение экспрессии SDF-1 после инфаркта миокарда [6, 7]. В эксперименте при увеличенной экспрессии SDF-1 в сердце количество мобилизованных клеток удваивалось [7]. Таким образом, при обеспечении контролируемой и пролонгированной экспрессии фактора можно оптимизировать процесс рекрутинга эндогенных клеток-предшественников в поврежденный миокард. Авторы работы, опубликованной в журнале Tissue Engineering, разработали модель пролонгированной секреции SDF-1 в повреждённом миокарде мыши.

Чтобы обеспечить длительную сохранность и секрецию фактора, авторы работы связали фибриновую подложку с полиэтиленгликолем [ПЭГ), на нее нанесли 100 нг мышиного рекомбинантного SDF1 а. Подложку помещали на поврежденный миокард для увеличения миграции клеток- предшественников костного мозга. Эксперименты in vitro свидетельствовали о том, что SDF1 ß успешно и полностью связывался с фибрин-ПЭГ «лоскутом» и высвобождался в течение по крайней мере 10 дней. Искусственный фибриновый «лоскут», нагруженный белком-хемоаттрактантом, помещали на поверхность инфарцированного участка левого желудочка. Размер пораженного участка, функцию левого желудочка [ЭКГ), и процент sca-1⁺ и c-kit⁺ [маркёры стволовых и прогениторных клеток) клеток в инфарктной зоне оценивали на 7, 14, и 28 дни после инфаркта.

Через 2 недели после инфаркта количество мигрировавших c-kit⁺ клеток составляло 11,2% по сравнению с 4,22% в контрольной группе. Интересно, что количество sca-1 ⁺ клеток при этом не возрастало. На 28-й день высвобождение фактора и направленная миграция клеток продолжались. Кроме того, функция ЛЖ значительно улучшалась по сравнению с контрольной группой.

Действие конструкции сравнивали с однократным внутри- миокардиальным введением 100 нг SDF1a. Оказалось, что пролонгированное выделение фактора оказывает наилучший статистически значимый эффект на функцию миокарда после ИМ. При этом максимум миграционной активности клеток приходился на 3-й день после введения, а затем их количество стремительно падало, тогда как при постепенном выделении фактора из носителя высокая активность хоуминга в миокард сохранялась и на 2-4-й неделе.

В числе других возможных причин уменьшения зоны рубца и улучшения функции ЛЖ стоит назвать процесс фибринолизиса и само использование конструкции, что могло привести к повышенной секреции цитокинов воспаления и ангиогенных факторов в миокарде. Эти явления могли способствовать выживанию кардиомиоцитов после гипоксии и стимулировать неоангиогенез.

Основным вопросом, который остается открытым в работе, является происхождение c-kit⁺ клеток. Очевидно, что в данном случае существуют два наиболее вероятных источника тестируемой клеточной популяции - костный мозг и собственно миокард, который, как известно, содержит как c-kit⁺, так и CXCR4+ (рецептор SDF1 а) клетки [8]. Т.е., увеличение количества c-kit⁺ клеток, возможно, говорит не об их мобилизации и направленной миграции, а о стимуляции эндогенной популяции клеток-предшественников в миокарде. Также можно предположить, что происходит стимуляция обоих групп клеток (что наиболее вероятно). Явным выводом из работы, на наш взгляд, является то, что подобная модель хорошо подходит для долговременного сохранения небольших активных белков-хемоаттрактантов при введении в ткань и их постепенного выделения в кровоток на модели инфаркта миокарда.

По материалам: Zhang G., Nakamura Y., Wang X. et al. Controlled Release of Stromal Cell-Derived Factor-1 alpha In Situ Increases C-kit+ Cell Homing to the Infarcted Heart. Tissue Engineering 2007; 13:2063-71

About the authors

V. S. Melikhova

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files