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ラット左心室モデルにおける臀部由来の心臓前駆細胞で播種した組織工学的心臓パッチの評価
The evaluation of a tissue-engineered cardiac patch seeded with hips derived cardiac progenitor cells in a rat left ventricular model.
PMID: 32511282 PMCID: PMC7279601. DOI: 10.1371/journal.pone.0234087.
抄録
背景:
心室中隔穿孔と左室動脈瘤は、心筋梗塞の致命的な合併症の一例である。これらの問題の修復には様々な人工材料が使用されているが、関連する感染および石灰化の可能性は無視できない。細胞播種された生分解性組織工学的パッチが潜在的な解決策である可能性がある。本研究は、生分解性心臓パッチにおける新組織形成を研究するための新しい左心室パッチラットモデルの実現可能性を評価した。
BACKGROUND: Ventricular septal perforation and left ventricular aneurysm are examples of potentially fatal complications of myocardial infarction. While various artificial materials are used in the repair of these issues, the possibility of associated infection and calcification is non-negligible. Cell-seeded biodegradable tissue-engineered patches may be a potential solution. This study evaluated the feasibility of a new left ventricular patch rat model to study neotissue formation in biodegradable cardiac patches.
方法:
ヒト誘導多能性幹細胞由来の心臓前駆細胞（hiPS-CPCs）を、ポリグリコール酸と50：50のポリ（l-lactide-co-ε-カプロラクトン）コポリマーからなる生分解性パッチ上で1週間培養した。培養後、パッチを雄性運動性ラットの左心室壁に移植した。非シードコントロールも使用した（n = 10/グループ）。心臓の状態を心エコー検査で確認し、その後、組織学的評価のために移植後1、2、6、9ヶ月目にパッチを摘出した。
METHODS: Human induced pluripotent stem cell-derived cardiac progenitor cells (hiPS-CPCs) were cultured onto biodegradable patches composed of polyglycolic acid and a 50:50 poly (l-lactide-co-ε-caprolactone) copolymer for one week. After culturing, patches were implanted into left ventricular walls of male athymic rats. Unseeded controls were also used (n = 10/group). Heart conditions were followed by echocardiography and patches were subsequently explanted at 1, 2, 6, and 9 months post-implantation for histological evaluation.
結果:
試験期間中、パッチの破裂は認められず、高圧の左室システムに耐えうる能力を実証した。移植後1ヶ月後には、播種されたパッチはヒトの核に対して陽性染色をしなかった。しかし、6ヶ月後の時点では、パッチ内に多くの新しい血管が形成されており、シード群では有意に大きな血管が形成されていた。心エコー検査では、左室収縮率に両群間で有意差は認められなかった。6ヶ月後にパッチ内に石灰化が認められたが、両群間に有意差は認められなかった。
RESULT: Throughout the study, no patches ruptured demonstrating the ability to withstand the high pressure left ventricular system. One month after transplantation, the seeded patch did not stain positive for human nuclei. However, many new blood vessels formed within patches with significantly greater vessels in the seeded group at the 6 month time point. Echocardiography showed no significant difference in left ventricular contraction rate between the two groups. Calcification was found inside patches after 6 months, but there was no significant difference between groups.
結論:
生存率の高いラットの左室環境に生体吸収性の足場を移植する手術法を開発した。シードしたhiPS-CPCは心筋細胞に分化しなかったが、シードしたパッチでは新しい血管の数が多かったことから、リモデリングの初期段階での細胞播種の存在が、新組織形成に長期的な効果をもたらす可能性が示唆された。本実験は、将来的にはiPS細胞を用いた左室不全の治療モデルの開発に貢献するであろう。
CONCLUSION: We have developed a surgical method to implant a bioabsorbable scaffold into the left ventricular environment of rats with a high survival rate. Seeded hiPS-CPCs did not differentiate into cardiomyocytes, but the greater number of new blood vessels in seeded patches suggests the presence of cell seeding early in the remodeling process might provide a prolonged effect on neotissue formation. This experiment will contribute to the development of a treatment model for left ventricular failure using iPS cells in the future.