CHIR99021と線維芽細胞増殖因子1は、マウスの心筋梗塞後のヒト心筋パッチの再生能力を高める

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J. Mol. Cell. Cardiol..2020 Apr;141:1-10. S0022-2828(20)30058-4. doi: 10.1016/j.yjmcc.2020.03.003.Epub 2020-03-10.

CHIR99021と線維芽細胞増殖因子1は、マウスの心筋梗塞後のヒト心筋パッチの再生能力を高める

CHIR99021 and fibroblast growth factor 1 enhance the regenerative potency of human cardiac muscle patch after myocardial infarction in mice.

Chengming Fan
Yawen Tang
Meng Zhao
Xi Lou
Danielle Pretorius
Philippe Menasche
Wuqiang Zhu
Jianyi Zhang

PMID: 32169551 PMCID: PMC7304478. DOI: 10.1016/j.yjmcc.2020.03.003.

抄録

背景:

我々は、心筋梗塞（MI）の動物モデルにおいて、細胞周期タンパク質を遺伝子的に過剰発現させることで、ヒト誘導多能性幹細胞（hiPSC-CM）由来の移植心筋細胞の増殖が増加することを示してきた。ここでは、移植したヒト心筋細胞パッチ（hCMP）におけるhiPSC-CMの細胞周期活性と増殖を促進するための新しい非遺伝的アプローチを紹介する。

BACKGROUND: We have shown that genetic overexpression of cell cycle proteins can increase the proliferation of transplanted cardiomyocytes derived from human induced-pluripotent stem cells (hiPSC-CMs) in animal models of myocardial infarction (MI). Here, we introduce a new, non-genetic approach to promote hiPSC-CM cell cycle activity and proliferation in transplanted human cardiomyocyte patches (hCMPs).

方法:

マウスを5つの実験群（各群n=10）に無作為に割り付けた。1つのグループはシャム手術を受け、他の4つのグループはMI誘導手術を受けた後、hiPSC-CMsとCHIR99021とFGF1を含むナノ粒子からなるhCMPで治療した（NP-hCMP群）、hiPSC-CMsと空のナノ粒子からなるhCMPで治療した（NP-hCMP群）。CHIR99021/FGF搭載ナノ粒子を含むが、hiPSC-CMを欠いたパッチ（NP-パッチ群）、またはナノ粒子と細胞の両方を欠いたパッチ（E-パッチ群）。細胞周期活性は、Ki67およびオーロラBの発現、ブロモデオキシウリジンの取り込み、およびリン酸化ヒストン3レベル（免疫蛍光）を介して評価された；ヒト心臓トロポニンTまたはヒト核抗原の発現（免疫蛍光）および生物発光イメージングを介して移植された。心エコーによる心機能、組織学による梗塞サイズと壁厚、イソレクチンB4発現（免疫蛍光）による血管新生、TUNELとカスペース3発現（免疫蛍光）によるアポトーシス。

METHODS: Mice were randomly distributed into 5 experimental groups (n = 10 per group). One group underwent Sham surgery, and the other 4 groups underwent MI induction surgery followed by treatment with hCMPs composed of hiPSC-CMs and nanoparticles that contained CHIR99021 and FGF1 (the NP-hCMP group), with hCMPs composed of hiPSC-CMs and empty nanoparticles (the NP-hCMP group); with patches containing the CHIR99021/FGF-loaded nanoparticles but lacking hiPSC-CMs (the NP-Patch group), or patches lacking both the nanoparticles and cells (the E-Patch group). Cell cycle activity was evaluated via Ki67 and Aurora B expression, bromodeoxyuridine incorporation, and phosphorylated histone 3 levels (immunofluorescence); engraftment via human cardiac troponin T or human nuclear antigen expression (immunofluorescence) and bioluminescence imaging; cardiac function via echocardiography; infarct size and wall thickness via histology; angiogenesis via isolectin B4 expression (immunofluorescence); and apoptosis via TUNEL and caspace 3 expression (immunofluorescence).

結果:

CHIR99021とFGF1を併用することで、培養細胞と移植したhCMPの両方でhiPSC-CMの細胞周期活性が4～6倍に増加し、NP-hCMPを用いた場合と比較して、NP-hCMPを移植することでhiPSC-CMの移植が4倍に増加し、心機能、梗塞サイズ、壁厚、血管新生、hiPSC-CMのアポトーシスの測定値が心筋梗塞誘発の4週間後に有意に改善した。

RESULTS: Combined CHIR99021- and FGF1-treatment significantly increased hiPSC-CM cell cycle activity both in cultured cells (by 4- to 6-fold) and in transplanted hCMPs, and compared to treatment with NP-hCMPs, NP-hCMP transplantation increased hiPSC-CM engraftment by ~4-fold and was associated with significantly better measurements of cardiac function, infarct size, wall thickness, angiogenesis, and hiPSC-CM apoptosis four weeks after MI induction.

結論:

ナノ粒子を介したCHIR99021とFGF1の送達は、マウスのMIモデルにおいて、hiPSC-CM細胞周期活性と増殖を促進し、移植されたhCMPの移植と再生能力を促進する。

CONCLUSIONS: Nanoparticle-mediated CHIR99021 and FGF1 delivery promotes hiPSC-CM cell cycle activity and proliferation, as well as the engraftment and regenerative potency of transplanted hCMPs, in a mouse MI model.