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Transplantation autologer Knochenmarkzellen nach Myokardinfarkt beim Schwein : Überleben, Differenzierung und funktioneller Einfluss

Bone marrow cell transplantation in pig myocardial infarct : Survival, differentiation and functional Impact

Baisch, Lena


Originalveröffentlichung: (2011) Giessen : VVB Laufersweiler
Zum Volltext im pdf-Format: Dokument 1.pdf (3.637 KB)


Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-84093
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2011/8409/

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Klinik für Kleintiere, Innere Medizin
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5828-9
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.10.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 09.11.2011
Kurzfassung auf Deutsch: Bei den Untersuchungen zum Thema “Transplantation autologer Knochenmarkzellen nach Myokardinfarkt am Schwein - Überleben, Differenzierung und funktioneller Einfluss“ wurde am Schweineherzischämiemodell die Möglichkeit einer autologen Transplantation von aus dem Knochenmark gewonnenen, mononukleären Zellen evaluiert. Es wurden sowohl der Verbleib der Zellen nach intramyokardialer und intrakoronarer Injektion, als auch die Ausdifferenzierung der Zellen und der Einfluss auf die Funktion des durch einen Infarkt ischämisch geschädigten Schweinemyokards untersucht. Hierfür wurde bei insgesamt 29 Schweinen ein Infarkt induziert, dies erfolgte je nach Fragstellung entweder durch permanente Coilokklusion oder durch reversible Ligatur der LAD. Die Injektion der Zellen wurde bei einem Teil der Tiere intramyokardial 14 Tage nach Infarktinduktion, sowie bei einer weiteren Tiergruppe intrakoronar in Anlehnung an die durchgeführten klinischen Studien mit intrakoronarer Injektion 5 Tage nach Infarkt durchgeführt.
Bei 15 Tieren erfolgte eine Untersuchung der Herzfunktion nach Knochenmarkzelltransplantation, hierfür wurden 9 Tieren mononukleäre Zellen und 6 Tieren zellfreies Medium intramyokardial injiziert. Bei einer Untergruppe von 6 Tieren aus den 15 Tieren (3 Ctx, 3 Placebo) wurde zusätzlich zu der Lävangiographie eine FDG-PET Untersuchung durchgeführt. Bei einer weiteren Tiergruppe (n=5) wurden die Zellen vorab mit Gold sowie Hoechst Dye markiert und bis zu einem Zeitraum von 8 Wochen histologisch nachgewiesen. Für die Darstellung des Zellverbleibs nach intramyokardialer (n=6) oder intrakoronarer (n=3) Injektion wurden bei 9 Schweinen In111 markierter mononukleäre Zellen injiziert.
Trotz einer histologisch nicht nachweisbaren Ausdifferenzierung der Zellen, war in der mit mononukleären Zellen behandelten Gruppe eine Verbesserung der LV-Auswurffraktion (globale Funktion) im Vergleich zur Kontrollgruppe (Medium Injektion) nachweisbar. Bezüglich der Größe des Infarktes wie auch für die regionale Wandbewegung konnten keine Unterschiede zwischen den beiden Gruppen festgestellt werden. Bei szintigraphischen sowie histologischen Untersuchungen in der Gruppe mit permanentem LAD-Verschluss durch Coilembolisation und bei intramyokardialer Injektion der Zellen in das Infarkt- und Periinfarktareal konnten szintigraphisch immer noch etwa 20% der Zellen 24 Stunden nach Injektion im Herzen nachgewiesen werden. In der histologischen Untersuchung konnte nach 2 Wochen ein Prozentsatz von 11,8±1,3% der ursprünglich 40 x 106 injizierten Zellen nachgewiesen werden. Die applizierten Zellen konnten bis zu 8 Wochen im Infarktareal gefunden werden. Ein großer Teil der wiedergefunden markierten Zellen wies morphologisch deutliche Schäden auf.
Bei den durchgeführten Untersuchungen waren bei permanentem LAD-Verschluss und intramykardialer Injektion der Zellen in das Infarkt- und Periinfarktareal etwa 20% der Zellen 24 Stunden nach Zellinjektion noch szintigraphisch nachweisbar. Wenn das Infarktgefäß 4 Stunden nach Ligatur rekanalisiert wurde, verringerte sich bei gleicher Applikationsart die Zahl der im Herzen verbleibenden Zellen auf etwa 16% nach 24 Stunden. Bei der intrakoronaren Injektion direkt ins rekanalisierte Infarktgefäß konnten nur noch ca. 4% der Zellen nach 24 Stunden szintigraphisch nachgewiesen werden.
Zusammenfassend zeigen die Untersuchungen dieser Arbeit, dass eine kardiale Zelltherapie auch beim Schwein mit einer geringen Verbesserung der globalen LV-Pumpfunktion verbunden sein kann. Beim Einsatz von Knochenmarkzellen verbleiben jedoch nur wenige Zellen kurz-, mittel- und langfristig vor Ort, und die Ergebnisse der histologischen Untersuchungen machen eine Transdifferenzierung der applizierten Zellen zu Myokardzellen unter den hier eingesetzten Untersuchungsbedingungen eher unwahrscheinlich.
Das Fehlen von Nachweisen, dass sich Knochenmarkzellen zu Kardiomyozyten ausdifferenzieren sowie das Fehlen einer Revitalisierung des infarzierten Areals gemeinsam mit der geringen Menge an im Herzen verbleibenden Zellen, lässt schlussfolgern, dass eine Regeneration des infarzierten Myokards nicht erfolgt ist, sondern alternative Mechanismen für die beobachtete Funktionsverbesserung verantwortlich waren. Es sind demnach weitere Untersuchungen notwendig, um die genaue Auswirkung autologer Knochenmarkzellen auf das Myokard zu erklären. Erst nach Beendigung der aktuellen großen randomisierten und Placebo-kontrollierten Multicenterstudien kann das wahre Potential einer Knochenmarkzelltherapie zur Behandlung des Myokardinfarktes beurteilt werden.
Kurzfassung auf Englisch: Cell therapy is seen as a novel promising therapy for myocardial infarction. In contrast to the current therapeutic options aiming at revascularization, attenuation of myocardial loss and treatment of consecutive heart failure, the aim of cardiac cell therapy is to regenerate injured myocardium and replace cells that were lost by ischemia.
The study of „Bone Marrow Cell Transplantation following Myocardial Infarct of Pigs– Survival, Differentiation and Functional Impact“ evaluated the possibility of autologous transplantation of bone marrow generated mononuclear cells on a pig myocardial ischemia model. The study monitored the survival and persistence of mononuclear (MNC) bone marrow cells after intramyocardial or intracoronary application into infarcted hearts and investigated whether a global/general or regional functional improvement could be observed. In 29 pigs myocardial infarction was induced by either permanent coil embolisation or reversible ligation of the LAD. In one part of the test group the cell injection was performed intramyocardial 14 days after myocardial infarction, for a smaller number of the test animals the cells were applicated intracoronary 5 days after myocardial infarction in conjunction with the clinical studies of intracoronary application.
In the group of 15 pigs with permanent occlusion of the left anterior descending coronary artery (LAD), the functional impact of treatment with mononuclear bone marrow cells was investigated. Mononuclear cells were injected into 9 animals in comparison to medium control (n=6) and levangiography was performed. In 6 pigs (3 Ctx, 3 Placebo) out of the 15 animals an additional FDG-PET anaylsis was done. To investigate the persistence and differentiation of the cells, gold and Hoechst Dye labelled cell were injected into another group of animals (n=5) and histologically observed for up to 8 weeks. To investigate cell persistence after intramyocardial (n=6) or intracoronary (n=3) injection, In111 labeled mononuclear cells were injected into a group of 9 pigs.

Despite a histologically not detectable differentiation of the injected cells a trend towards stabilization of LV ejection fraction was observed 2 weeks after direct intramyocardial MNC injection (n=9) in comparison to medium control (n=6). This was mainly due to increased stroke volume in the cell-treated animals, however, other parameters, such as regional wall motion and scar size (18F-FDG-PET analysis) of the tissue remained unaltered.
Cell persistence was also tested in pigs with myocardial infarction; both semi quantitatively by histology and quantitatively by scintigraphy in the group of permanent coil occlusion of the LAD and intramyocardial injection. Scintigraphy showed, 20% of the cells continuing intact 24 h after direct cell injection (open thorax, 111Indium- labelled cells) into the infarct and periinfarct area. 2 weeks after cell injection 11.8±1.3% of the injected 40 x 106 cells could be traced with histological semi quantitative analysis (Gold and Hoechst Dye labelling, same infarct and injection modalities). The applied cells were found up to 8 weeks in the infarcted areal. The majority of the retraced cells showed large morphological damages. In the setting of acute myocardial infarction (LAD- occlusion) and reperfusion (after 4 h), 111Indium- labelled cells were applied by either intracoronary (n=3) or intramyocardial (n=3) injection and monitored up to 24 h. During this time, more cells remained in the heart after intramyocardial (16%) than after intracoronary injection (4%).
In conclusion the data shows that cardiac autologous cell therapy can go along with a small functional benefit of the global LV function. However, cell survival and cardiac persistence of autologous mononuclear bone marrow cells are poor. This is the case independently from application time, but with intramyocardial injection proving more effective that intracoronary injection. The histological results make it unlikely that under the conditions of this study a transdifferentiation of the applied cells to myocardial cells took place.
Due to the lack of proof that bone marrow cells can differentiate into cardiomyocytes and the absence of revascularisation of the infarcted areal combined with the low amount of intracardial persisting cells, it can be concluded that a regeneration of the infarcted myocardium has not occurred, and alternative mechanisms were responsible for the observed functional improvement. Further studies are necessary to explain the correct impact of autologous bone marrow cells on the myocardium. Only after the completion of the ongoing randomised, placebo controlled multicenter studies, the true potential of the bone marrow cell therapy to treat myocardial infarction can be judged.
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