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Este estudo apresenta um modelo cirúrgico porcino de isquemia miocárdica crônica por estenose progressiva da artéria coronária, resultando em comprometimento da função cardíaca sem infarto. Após a isquemia, os animais são submetidos à cirurgia de revascularização do miocárdio sem circulação extracorpórea com colocação epicárdica de adesivo carregado de exossomos derivado de células-tronco. Essa terapia adjuvante melhora a função e a recuperação miocárdica.
A isquemia miocárdica crônica decorrente da estenose coronariana progressiva leva ao miocárdio hibernante (HIB), definido como miocárdio que se adapta à redução da disponibilidade de oxigênio por meio da redução da atividade metabólica, prevenindo a lesão irreversível dos cardiomiócitos e o infarto. Isso é distinto do infarto do miocárdio, pois o HIB tem potencial de recuperação com revascularização. Pacientes com doença arterial coronariana (DAC) significativa experimentam isquemia crônica, o que os coloca em risco de insuficiência cardíaca e morte súbita. A intervenção cirúrgica padrão para DAC grave é a cirurgia de revascularização miocárdica (CRM), mas tem se mostrado uma terapia imperfeita, mas não existem terapias adjuvantes para recuperar miócitos adaptados à isquemia crônica. Para suprir essa lacuna, foi utilizado um modelo cirúrgico de HIB utilizando porcinos que é passível de revascularização miocárdica e mimetiza o cenário clínico. O modelo envolve duas cirurgias. A primeira operação envolve o implante de um constritor rígido de 1,5 mm na artéria descendente anterior (DAE). À medida que o animal cresce, o constritor gradualmente causa estenose significativa, resultando em redução da função sistólica regional. Quando a estenose atinge 80%, o fluxo e a função miocárdica ficam prejudicados, criando a HIB. Em seguida, é realizada uma CRM sem CEC com a artéria mamária interna esquerda (LIMA) para revascularizar a região isquêmica. O animal se recupera por um mês para permitir uma melhora miocárdica ideal antes do sacrifício. Isso permite estudos fisiológicos e teciduais de diferentes grupos de tratamento. Esse modelo animal demonstra que a função cardíaca permanece comprometida apesar da CRM, sugerindo a necessidade de novas intervenções adjuvantes. Neste estudo, foi desenvolvido um adesivo de colágeno embutido em exossomos derivados de células-tronco mesenquimais (CTM), que pode ser aplicado cirurgicamente na superfície epicárdica distal à anastomose com LIMA. O material está em conformidade com o epicárdio, é absorvível e fornece o arcabouço para a liberação sustentada de fatores de sinalização. Essa terapia regenerativa pode estimular a recuperação miocárdica que não responde apenas à revascularização. Esse modelo se traduz na área clínica, fornecendo meios de exploração fisiológica e mecanicista sobre a recuperação em HIB.
Globalmente, a DAC grave afeta mais de cem milhões de pacientes e, embora a taxa de mortalidade tenha diminuído, continua sendo uma das principais causas de morte 1,2. A DAC tem um amplo espectro clínico, desde infarto do miocárdio (IAM) até isquemia com viabilidade preservada. A maioria das pesquisas pré-clínicas concentra-se na IM, caracterizada pela presença de tecido infartado, pois é possível estudar em modelos animais de pequeno e grande porte. Entretanto, esse modelo não contempla pacientes com viabilidade preservada e passíveis de revascularização. A maioria dos pacientes submetidos à CRM apresenta suprimento sanguíneo diminuído e função limitada, mantendo variabilidade na reserva contrátil e viabilidade3. Sem tratamento, esses pacientes podem evoluir para insuficiência cardíaca avançada e morte súbita, especialmente durante o aumento da carga de trabalho4. Dentre esses pacientes, a cirurgia de revascularização miocárdica (CRM) é uma terapia eficaz, mas pode não resultar em recuperação funcionalcompleta5. É importante ressaltar que a disfunção diastólica, que é um marcador de piores desfechos clínicos, não se recupera após a revascularização, sugerindo a necessidade de novas terapias adjuvantes durante aCRM6,7. Atualmente, não há intervenções adjuvantes clinicamente disponíveis para a revascularização do miocárdio para restaurar a plena capacidade funcional dos cardiomiócitos. Essa é uma grande lacuna terapêutica, uma vez que muitos pacientes evoluem para insuficiência cardíaca avançada apesar da revascularizaçãoadequada8.
Foi criado um modelo porcino inovador de isquemia miocárdica crônica, passível de CRM, para mimetizar a experiência clínica de DAC9. Os suínos fornecem um bom modelo de cardiopatia em relação a outros animais de grande porte, pois não possuem colaterais epicárdicas em ponte, de modo que a estenose isolada da DAE resulta em isquemia regional10. Neste estudo, foram utilizadas porcas Yorkshire-Landrace, fêmeas com 16 semanas de idade. Nesse modelo, a DAE foi revascularizada com revascularização do miocárdio sem circulação extracorpórea com enxerto de artéria mamária interna esquerda (LIMA) (Tabela 1 Suplementar). A intervenção coronária percutânea (ICP) não é possível para abrir a estenose, pois o constritor é um dispositivo rígido. A ressonância magnética (RM) cardíaca é usada para avaliar a função global e regional, a anatomia coronariana e a viabilidade tecidual. A análise da RMC mostrou função diastólica, caracterizada pela taxa de enchimento de pico (RFP), que permanece comprometida apesar daCRM6. O mecanismo de disfunção diastólica provavelmente está relacionado ao comprometimento da bioenergética mitocondrial e da formação de colágeno no HIB que persistem após a CRM11.
As células-tronco mesenquimais (CTM) fornecem sinalização terapêutica através de exossomos para melhorar a recuperação miocárdica quando aplicadas durante a CRM. Neste modelo suíno e em estudos paralelos in vitro , demonstrou-se que a colocação de um adesivo epicárdico de vicryl MSC durante a CRM recupera a função contrátil com aumento de proteínas-chave mitocondriais, a saber, PGC-1α12, um importante regulador do metabolismo energético mitocondrial13. O modelo in vitro permitiu investigar o mecanismo de sinalização das CTMs sobre a função mitocondrial prejudicada. Exossomos são microvesículas estáveis secretadas (50-150 nm) que contêm proteínas ou ácidos nucléicos, incluindo microRNA (miRNA)14. Dados recentes in vitro sugerem que os exossomos derivados das CTM são um importante mecanismo de sinalização necessário para a recuperação da respiração mitocondrial.
Exossomos derivados de células-tronco são terapêuticas adjuvantes promissoras, pois são facilmente acessíveis, podem ser produzidos comercialmente e carecem de conflitos éticos. Em consideração à tradução clínica, foi criado um adesivo de colágeno embutido com exossomos derivados de CTM que pode ser suturado cirurgicamente à região hibernante do miocárdio. Demonstrou-se que há liberação sustentada de exossomos usando esse adesivo e ele fornece uma terapia regenerativa livre de células com mecanismo de sinalização parácrina que visa a recuperação mitocondrial e aumenta a biogênese mitocondrial15. Esse procedimento fornece o modelo pré-clínico para estudar o impacto das terapias derivadas das CTM na melhora da função cardíaca por meio do aumento da função mitocondrial e da redução da inflamação no momento da revascularização e da reversão das adaptações dos miócitos à isquemia crônica.
Neste estudo, um método cirúrgico de revascularização miocárdica sem CEC usando LIMA para anastomose da DAE para contornar a área de estenose proximal da DAE mimetizando o tratamento padrão para pacientes com DAC é mostrado. Como terapia adjuvante com CRM, foi demonstrada a aplicação cirúrgica de adesivo de colágeno embutido no exossomo derivado das CTM na região isquêmica do miocárdio. Este modelo cirúrgico pode ser utilizado para estudar as respostas fisiológicas ao efeito parácrino observado com o uso de um remendo exossômico, bem como os mecanismos moleculares de recuperação.
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Os Comitês Institucionais de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) do Minneapolis VA Medical Center e da Universidade de Minnesota aprovaram todos os estudos com animais. As diretrizes atuais do National Institutes of Health (NIH) para o uso e cuidados com animais de laboratório foram seguidas.
1. Isolamento de células-tronco mesenquimais e preparação e caracterização de exossomos
2. Cirurgia de revascularização miocárdica sem circulação extracorpórea
3. Cineangiocoronariografia por acesso femoral
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Após a revascularização, a cineangiocoronariografia é realizada para avaliar a estenose da DAE (maior que 80%) e a patência do enxerto LIMA-LAD (Figura 1). Quatro semanas após a cirurgia de revascularização e colocação do adesivo de colágeno carregado de exossomos, a RMC cardíaca é realizada para avaliar a função sistólica e diastólica do coração em repouso e sob estresse usando infusão de dobutamina em baixas doses a 5μg/kg/min. A função sistólica é analisada medind...
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Este estudo apresenta o primeiro modelo porcino de miocárdio cronicamente isquêmico, no qual foi demonstrado que o tratamento com um adesivo carregado de colágeno carregado de exossomo derivado de CTM durante a revascularização cirúrgica recupera a função diastólica e sistólica mediante estimulação inotrópica, potencialmente visando a recuperação mitocondrial. Anteriormente, foi demonstrado que, em um modelo animal de grande porte de HIB, a função diastólica e sistólica, medida pela RMC cardíaca, perm...
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Os autores não têm nada a revelar.
Este trabalho foi apoiado pelo VA Merit Review #I01 BX000760 (RFK) dos Estados Unidos (EUA) Departamento de Assuntos de Veteranos BLR&D e Departamento de Assuntos de Veteranos dos EUA concedem #I01 BX004146 (TAB). Também agradecemos o apoio do Instituto do Coração Lillehei da Universidade de Minnesota. O conteúdo deste trabalho não representa a opinião do Departamento de Assuntos de Veteranos dos EUA do Governo dos Estados Unidos.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 5 Ethibond | Ethicon | MG46G | Suture |
| # 40 clipper blade | Oster | 078919-016-701 | Remove hair from surgery sites |
| 0 Vicryl | Ethicon | J208H | Suture |
| 1 mL Syringe | Medtronic/Covidien | 1188100777 | Administer injectable agents |
| 1" medical tape | Medline | MMM15271Z | Secure wound dressing and IV catheters |
| 1000mL 0.9% Sodium chloride | Baxter | 2B1324X | IV replacement fluid |
| 12 mL Syringe | Medtronic/Covidien | 8881512878 | Administer injectable agents |
| 18 ga needles | BD | 305185 | Administration of injectable agents |
| 20 ga needles | BD | 305175 | Administration of injectable agents |
| 20 mL Syringe | Medtronic/Covidien | 8881520657 | Administer injectable agents |
| 2-0 Vicryl | Ethicon | J317H | Suture |
| 250 mL 0.9% saline | Baxter | UE1322D | Replacement IV Fluid |
| 3 mL Syinge | Medtronic/Covidien | 1180300555 | Administer injectable agents |
| 3-0 Vicryl | Ethicon | VCP824G | Suture |
| 36” Pressure monitoring tubing | Smith’s Medical | MX563 | Connect art. Line to transducer |
| 4.0 mm ID endotracheal tube | Medline | DYND43040 | Establish airway for Hibernation |
| 4-0 Tevdek II Strands | Deknatel | 7-922 | Suture to secure constrictor around LAD |
| 48” Pressure monitoring tubing | Smith’s Medical | MX564 | Connect art. Line to transducer |
| 500mL 0.9% Sodium chloride | Baxter | 2B1323Q | Drug delivery, Provide mist for Blower Mister |
| 6 mL Syringe | Medtronic/Covidien | 1180600777 | Administer injectable agents |
| 6.0 mm ID endotracheal tube | Mallinckrodt | 86049 | Establish airway for Revasc,MRI and Termination |
| 6.5 mm ID endotracheal tube | Medline | DYND43065 | Establish airway for Revasc,MRI and Termination |
| 6” pressure tubing line | Smith’s Medical | MX560 | Collect bone marrow |
| 60 mL Syringe | Medtronic/Covidien | 8881560125 | Administer injectable agents |
| 7.0 mm ID endotracheal tube | Medline | DYND43070 | Establish airway for Revasc,MRI and Termination |
| 7-0 Prolene | Ethicon | M8702 | Suture |
| Advanced DMEM (1X) | ThermoFisher Scientific | 12491023 | |
| Alcohol Prep pads | MedSource | MS-17402 | Skin disinfectant |
| Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter Unit | Millipore Sigma | UFC910024 | |
| Anesthesia Machine | Drager | Fabious Trio | maintains general anesthesia |
| Anesthesia Machine + ventilator | DRE Drager- Fabius Tiro | DRE0603FT | Deliver Oxygen and inhalant to patient |
| Anesthesia Monitor | Phillips Intellivue | MP70 | Multiparameter for patient safety |
| Arterial Line Kit | Arrow | ASK-04510-HF | Femoral catheter for blood pressure monitoring |
| Artificial Tears | Rugby | 0536-1086-91 | Lubricate eyes to prevent corneal drying |
| Bair Hugger | 3M | Model 505 | Patient Warming system |
| Basic pack | Medline | DYNJP1000 | Sterile drapes and table cover |
| Blood Collection Tubes- green top | Fisher Scientific | 02-689-7 | Collect microsphere blood samples |
| Blower Mister Kit | Medtronic/Covidien | 22120 | Clears surgical field for vessel anastomosis |
| BODIPY TR Ceramide | ThermoFisher Scientific | D7540 | |
| Bone marrow needle- 25mm 15 ga IO needle | Vidacare | 9001-VC-005 | Collect bone marrow |
| Bone Wax | Medline | ETHW31G | Hemostasis of cut bone |
| Bovie Cautery hand piece | Covidien | E2516 | Hemostasis |
| Bupivicaine | Pfizer | 00409-1161-01 | Local Anesthetic |
| Buprenorphine 0.3 mg/mL | Sigma Aldrich | B9275 | Pre operative Analgesic for survivial procedures |
| Cell Scrapers | Corning | 353085 | |
| Cephazolin 1 gr | Pfizer | 00409-0805-01 | Antibiotic |
| Chest Tube | Covidien | 8888561043 | Evacuates air from chest cavity |
| Cloroprep | Becton Dickenson | 260815 | Surgical skin prep |
| CPT tube | BD | 362753 | MSC isolation from bone marrow |
| Delrin Constrictor | U of MN | Custom made | Creates stenosis of LAD |
| Dermabond | Ethicon | DNX12 | Skin adhesive |
| DMEM (1X) Dulbecco's Modified Eagle Medium, HEPES | ThermoFisher Scientific | 12430062 | |
| Dobutamine 12.5 mg/mL | Pfizer | 00409-2344-01 | Increases blood pressure and heart rate during the second microsphere blood collection |
| ECG Pads | DRE | 1496 | Monitor heart rhythm |
| Exosome-Depleted FBS | ThermoFisher Scientific | A2720801 | |
| Falcon Disposable Polystyrene Serological Pipets, Sterile, 10mL | Fisher Scientific | 13-675-20 | |
| Femoral and carotid introducer | Cordis- J&J | 504606P | femoral and carotis cannulas |
| Fetal Bovine Serum, Heat Inactivated, Gibco FBS | ThermoFisher Scientific | 16140089 | |
| Flo-thru 1.0 | Baxter | FT-12100 | used to anastomos LIMA to L |
| Flo-thru 1.25 | Baxter | FT-12125 | FT-12125 |
| Flo-thru 1.5 | Baxter | FT-12150 | FT-12150 |
| Flo-thru 2.0 | Baxter | FT-12200 | FT-12200 |
| GlutaMAX Supplement | ThermoFisher Scientific | 35050061 | |
| Hair Clipper | Oster | 078566-011-002 | Remove hair from surgery sites |
| Helistat collagen sponge | McKesson | 570973 1690ZZ | Sponge for embedding exosomes |
| Heparin | Pfizer | 0409-2720-03 | anticoaggulant |
| Histology Jars | Fisher Scientific | 316-154 | Formalin for tissue samples |
| HyClone Characterized Fetal Bovine Serum (FBS) | Cytiva | SH30071.03 | |
| Hypafix | BSN Medical | 4210 | Secure wound dressing and IV catheters |
| Isoflurane | Sigma Aldrich | CDS019936 | General Anesthestic- Inhalant |
| IV Tubing for Blower Mister | Carefusion | 42493E | Adapts to IV Fluids for Blower/Mister |
| Jelco 18 ga IV catheter | Smiths medical | 4054 | IV access in Revasc, MRI and Term |
| Lidocaine 2% | Pfizer | 00409-4277-01 | Local Anesthetic/ antiarrthymic |
| Ligaclips | Ethicon | MSC20 | Surgical Staples for LIMA takedown |
| Long blade for laryngoscope | DRE | 12521 | Allows for visualization of trachea for intubation |
| Meloxicam 5 mg/mL | Boehringer Ingelheim | 141-219 | Post operative Analgesic |
| Microsphere pump | Collect blood samples from femoral introducer | ||
| Monopolar Cautery | Covidien | Valleylab™ FT10 | Hemostasis |
| Nanosight NS 300 | Malvern Panalytical | MAN0541-03-EN | |
| NTA 3.1.54 software | Malvern Panalytical | MAN0520-01-EN-00 | |
| OPVAC Synergy II | Terumo Cardiovascular System | 401-230 | Heart positioner and Stabilizer |
| Oxygen Tank E cylinder | various | various | Used for Blower Mister if anesthesia machine doesn't have auxiliary flow meter |
| PBS, pH 7.2 | ThermoFisher Scientific | 20012050 | |
| Penicillin-Streptomycin-Neomycin (PSN) Antibiotic Mixture | ThermoFisher Scientific | 15640055 | |
| Pigtail 145 catheter 6 French | Boston Scientific | 08641-41 | Measure LV pressures |
| Pressure Transducer | various | Must adapt to anesthesia monitor | Monitor direct arterial pressures |
| Propofol | Diprivan | 269-29 | Induction agent |
| Roncuronium | Mylan | 67457-228-05 | Neuromuscular blocking agent |
| SR Buprenorphine 10 mg/mL | Abbott Labs | NADA 141-434 | Post operative Analgesic |
| Sterile Saline 20 mL | Fisher Scientific | 20T700220 | Flush for IV catheters |
| Sternal Saw/ Necropsy Saw | Thermo Fisher | 812822 | Used to open chest cavity |
| Stop Cocks | Smith Medical | MX5311L | 2 to connect to pig tail |
| Succinylcholine 20 mg/mL | Pfizer | 00409-6629-02 | Neuromuscular blocking agent |
| Suction tubing | Medline | DYND50223 | |
| Suction Container | Medline | DYNDCL03000 | |
| Surgery pack with chest retractor | various | See pack list | Femoral cut down and median sternotomy |
| Surgical Instruments | various | See pack list | Femoral and carotid cutdowns and sternotomy |
| Surgical Spring Clip | Applied Medical | A1801 | Clamp end of LIMA after takedown |
| Syringe pump | Harvard | Delivers IV Dobutamine infusion | |
| SYTO RNASelect Green Fluorescent cell Stain - 5 mM Solution in DMSO | Millipore Sigma | S32703 | |
| Telazol 100 mg/mL | Fort Dodge | 01L60030 | Pre operative Sedative |
| Telpha pad | Covidien | 2132 | Sterile wound dressing |
| Timer | Time collection of blood samples | ||
| Total Exosome Isolation Reagent (from cell culture media) | ThermoFisher Scientific | 4478359 | |
| TPP Tissue Culture Flask, T75, Filter Cap w/ 0.22uM PTFE | ThermoFisher Scientific | TP90076 | |
| Triple Antibiotic Ointment | Johnson & Johnson | 23734 | Topical over wound |
| Vicryl mesh | Ethicon | VKML | Patch for epicardial cell application |
| Vortex | Mix microspheres | ||
| Xylazine 100 mg/mL | Vedco | 468RX | Pre operative Sedative/ analgesic |
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