Cardiac electromechanical performance following stem cell based regenerative therapies in infarcted rat heart

Scopo: Gli effetti elettrofisiologici conseguenti all'utilizzo di terapie rigenerative basate su cellule staminali in campo cardiologico non sono ancora stati sufficientemente chiariti. Abbiamo voluto affrontare questo problema utilizzando un modello di ratto con infarto miocardico cronico sottoposto a diversi approcci rigenerativi: (i) iniezioni intramiocardiche di Fattore di crescita Insulino-simile (Insulin-like Growth Factor-1: IGF-1) e Fattore di crescita Epatico (Hepatocyte Growth Factor: HGF) al fine di attivare il pool di cellule progenitrici residenti; (ii) iniezioni locali di cellule progenitrici cardiache (CPCs), EGFP-positive (Enhanced-Green Fluorescent Protein) e marcate con QDots. Queste ultime sono state addizionate o meno con HGF+IGF-1 (GFs). Metodi: Ratti maschi Wistar con infarto miocardico cronico di 4 settimane sono stati sottoposti ad iniezioni di: (i) HGF+IGF-1 (gruppo MI-GF), (ii) CPCs (gruppo MI-cells) e (iii) CPCs addizionate con fattori di crescita (gruppo MI-cells+GF) e contemporaneamente strumentati con una pompa osmotica sottocutanea per il rilascio continuo di BrdC per la determinazione dei processi rigenerativi. Prima e due settimane dopo il trattamento si determinava la funzionalità  elettrica e meccanica del cuore. In particolare, venivano eseguite delle registrazioni elettrocardiografiche telemetriche durante attivazione neurovegetativa (stress sociale), ottenuta sottoponendo l'animale ad interazione con un conspecifico aggressivo, per la valutazione degli eventi aritmici ventricolari (EAV). Sui tracciati elettrocardiografici sono stati determinati anche l'intervallo R-R e gli indici indiretti dell'input neurovegetativo al cuore SDRR e rMSSD. Prima del sacrificio, i ratti sono stati sottoposti ad esame ecocardiografico e/o a misure emodinamiche invasive. Infine, il cuore ਠstato arrestato in diastole, perfuso con formalina ed utilizzato per uno studio morfometrico ed immunoistochimico. Risultati: L'infarto miocardico ha determinato un peggioramento della funzionalità  meccanica associato ad una aumentata incidenza e complessità  degli EAV da stress rispetto agli animali sham-operated. Mentre l'iniezione di HGF+IGF-1 ha determinato una riduzione degli EAV da stress di circa due volte nel 68% degli animali del gruppo MI-GF, il trattamento con CPCs+GFs, ha portato ad una riduzione di circa tre volte nella totalità  degli animali del gruppo MI-cells+GF. Il trattamento con CPCs si ਠdimostrato completamente inefficace da punto di vista antiaritmico. La frequenza cardiaca e gli indici SDRR e rMSSD non hanno mostrato differenze rilevanti tra i vari gruppi sperimentali. Il gruppo MI-GF ha mostrato un parziale recupero della funzionalità  meccanica associato ad un rimodellamento ventricolare positivo. Un completo recupero della funzionalità  meccanica ed una netta riduzione delle alterazioni strutturali del ventricolo sinistro conseguenti all'infarto si ottenevano invece mediante trattamento con CPCs o con CPCs+GFs. L'analisi immunoistochimica ha mostrato la formazione nell'area peri-infartuale e nell'area infartuata, sia di miociti elettricamente e meccanicamente connessi con il miocardio risparmiato dall'infarto sia di nuove strutture vascolari, per tutti i trattamenti analizzati. Tuttavia, l'analisi quantitativa ha mostrato che i processi rigenerativi erano pi๠pronunciati nel gruppo MI-cells+GF. Conclusioni: I nostri risultati evidenziano che, tra le varie terapie rigenerative utilizzate in questo studio, l'iniezione di CPCs+GF oltre a costituire l'approccio pi๠efficiente per il recupero delle proprietà  elettrofisiologiche del cuore infartuato, ਠin grado di determinare anche pi๠marcato recupero della funzionalità  meccanica cardiaca. Questo suggerisce come il cambiamento del microambiente sia in grado di favorire l'engraftment e potenziare la capacità  rigenerativa propria delle CPCs in termini sia di migrazione che differenziazione ed integrazione nel tessuto ospite.