Stamcellen: Verhinderen van cel apoptosis? Verbetering bevloeing

Stamcellen:
Verhinderen van cel apoptosis?
Verbetering bevloeing?
Cell replacement?
Laflamme and Murry, Nat Biotech, 2005
Fetale (honde) cardiomyocieten kunnen integreren in
hart weefsel van Mdx muis
donor
donor
Canine dystrophin
Murine utrophin
Koh et al, J Clin Invest 1995
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
Enkele van de vele vragen omtrent stamcel therapie
voor myocard infarct / hart falen
• Welke cel; verschillend voor acuut MI vs chronisch
hartfalen?
• Wanneer transplanteren? Hoeveel cellen? In welke
locatie? Hoe toedienen?
• Werkings mechanisme?
• Klaar voor prime time in de kliniek?
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
Hoog aantal HSCs kunnen terug gevonden worden in het
infarct, waar ze differentieren in cardiomyociet-like cellen, wat
gepaard gaat met functionele verbetering LV
LAD ligatie
Injecteer eGFP+ lin-cKit+ cellen 6h nadien
Orlic D et al Nature 2001
Geen engraftment, maar functionele verbetering na injectie HSCs
Murry et al, Nature 2004
Geen engraftment en geen functionele verbetering na
transplantatie van HSCs
MI-CTRL
MI-GF
GF-MI
MI-BM
MI-linBM
A. Deten et al. Cardiovascular Research 2005
Ex vivo culture
of BM cells
4 weeks
MSCs
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
Na transplantatie van MSCs kunnen 1-5% van de cellen
teruggevonden worden in het infarct, en sommige differentieren?
Mangi et al, Nat Medicine, 2003
MSCs verbeteren cardiale functie, and dit is significant meer
wanneer MSCs, gemodifieerd met een AKT cDNA, gebruikt worden
Mangi et al, Nat Medicine, 2003
Functionele effect is ten minste gedeeltelijk het gevolg van
solubele factoren gesecreteerd door AKT-MSCs
Mangi et al, Nat Medicine, 2005
Ook al is er functienele verbetering, MSCs worden niet terug gevonden en
er zijn niet meer bloedvaten;
Mechanisme verantwoordelijk voor effect?
Jaquet et al, Stem Cells Devel 2005
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
Skeletale spiercellen en endotheliale progenitor cellen verbetern
cardiale functie, maar “hoe” is niet geweten
After 1 month:
Skeletal muscle detectable
AC133+ cells not detectable
Average capillary density border zone
Control: 18.3+/-1.3m2,
SM graft: 17.8+/-1.2 m2
AC133 graft: 17.8+/-0.7/100 m2.
Agbulut et al. JACC Vol. 44, No. 2, 2004
Zeldzame skeletale spiercel (gefusioneerd) is electrisch
geintegreerd in hart
Rubart et al. J Clin Invest, 2004
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
Groeifactoren die hartfunctie positief kunnen
beinvloeden:
P. Müller et al. / J Mol Cell Cardiology 2005
Conclusies
adulte non-cardiale stamcellen
1.
Bijna alle celpopulaties die getest werden hebben positief effect op
cardiale functie in dieren met acute ischemie
2.
Nochthans is de overleving van cellen, behalve skeletale spiercellen,
< 1%
3.
Weinig of geen overtuigende evidentie dat niet cardiale stamcellen
differentieren in cardiomyocieten
4.
In de meeste (niet alle) studies gaat transplantatie gepaard met
verhoogde angiogenesis (ofwel endogeen ofwel van de
getransplanteerde cellen)
5.
Belangrijkst factor in verbeterde hart functie = trophisch effect van
stamcellen
•
•
•
•
Inductie van angiogenesis?
Betere survival van bedreigd hart weefsel?
Recrutering endogene stamcellen?
Welke factor(en)?
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
Bestaan hartspier stamcellen?
•
Antwoord tot 2003: NEEN
•
•
Maar, cellen in het hart prolifereren (0.1% to >10%?)
Meer cellen prolifereren in de setting van myocard infarct
Daarom: bestaan hartspier stamcellen?
Indien zo: waarom toch infarcten?
At least three groups have isolated cardiac stem cell like cells
Chien et al
Schneider et al
Anversa et al
Parmacek and Epstein, Cell, 2005
Bestaaan hartspier stamcellen?
•
Ten minste drie groepen hebben cellen geisoleerd van het hart
die voldoen aan sommige kenmerken van stamcellen
•
Indien deze studies geconfirmeerd worden, zal het van groot
belang zijn om de biologie van die cellen te bestuderen, om
methodes te ontwikkelen die toelaten cardiale stamcellen in
vivo te doen prolifereren en differentieren
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
Anversa et al, J Physiol. 2005
Muizen ESCs differentieren tot een homogene populatie van
cardiomyocieten
Field et al. JCI 1998
Ongedifferentieerde humane ESCs genereren teratomas in het hart
Laflamme and Murry, Nat Biotech, 2005
Protocols for cardiomyociet differentiatie van hES cellen.
Nir et al. Cardiovascular Research 2003
hESC-cardiale cellen kunnen succesvol getransplanteerd in muize hart
anti-α cardiac actinin (green)
anti-human mitochondria (red)
Hodgson et al Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2004
Transplantatie van hESC-derived cardiomyocieten in infarct:
Electrisch actieve cellen die functie verbeteren
Hodgson et al Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2004
Large scale prductie van hESC-cardiocieten mogelijk in bioreactors
gecombineerd met promoter selectie
Schroeder et al. J Clin Invest 2003
Dimmeler, Zeiher, and Schneider, JCI 2005
ESCs en hart falen?
•
Behalve fetale cardiomyocieten, enige celpopulatie die hart
spiercellen kan genereren in vivo die electrisch gekoppeld zijn
met omliggende hart weefsel
•
Kunnen in theorie ook endotheel cellen en gladde spiercellen
genereren
•
Daarom ideale cel for transplantatie?
•
Maar: ethische vragen; allogene cel; teratoma risico
Enkele van de vele vragen omtrent stamcel therapie
voor myocard infarct / hart falen
• Welke cel; verschillend voor acuut MI vs chronisch
hartfalen?
• Wanneer transplanteren? Hoeveel cellen? In welke
locatie? Hoe toedienen?
• Werkings mechanisme?
• Klaar voor prime time in de kliniek?
Acute MI
Study
Design
n
Cell type
Delivery method
Results
Strauer
Series
10
BM MNCs
Intracoronary
Feasible
TOPCARE
Series, historical
control
28
BM MNCs, cultured
circulating EPCs
Intracoronary
Improved EF and
perfusion
Chen
RCT, open label
69
BM mesenchymal cells
Intracoronary
Improved EF and
perfusion
BOOST
RCT, open label
60
BM MNCs
Intracoronary
Improved EF
Kang
RCT, open label
27
Peripheral G-CSFstimulated leukocytes
Intracoronary
Improved EF, ↑
restenosis
Janssens
RCT, double
blind
~70
BM MNCs
Intracoronary
Improvement in
subgroup
REPAIR-AMI
RCT, double
blind
200
BM MNCs
Intracoronary
Ongoing
Cardiomyopathy/heart failure
Menasche
Series
10
Skeletal myoblasts
Epicardial,
during CABG
4 of 10 pts had
sustained VT
Stamm
Series
7
BM AC133+
Epicardial,
during CABG
Feasible
Perin
Series
14
BM MNCs
Transendo
Feasible
FOCUS
RCT, single blind
30
BM MNCs
Transendo
Ongoing
MAGIC
RCT, double blind
300
Skeletal myoblasts
Epicardial,
Ongoing
during CABG
BM=bone marrow; MNC= mononuclear cell; IC= intracoronary; EPC= endothelial progenitor cell;
G-CSF= granulocyte colony stimulating factor; EF= left ventricular ejection fraction;
VT=ventricular tachycardia; transendo=transendocardial