Επίδραση των αυξητικών παραγόντων και βιολογικών βιολογικών ικριωμάτων στο μυοκάρδιο της αριστερής κοιλίας μετά το οξύ έμφραγμα: πειραματική μελέτη

Abstract

The prevention of left ventricular remodeling post-myocardial infarction constitutes an important therapeutic target. The present thesis evaluated a biomaterial-based therapeutic approach, aiming towards the prevention of infarct expansion and the improvement of left ventricular function. Using the in vivo rat model, we examined composite treatments based on various biodegradable materials, characterized by different properties.In the first part of the thesis, a biodegradable scaffold exerting biventricular mechanical restraint was compared with epicardial hydrogel application. In a total number of 230 Wistar rats (358±7g), implantation was performed with and without prior myocardial infarction, induced by permanent coronary artery ligation. Left ventricular pressure recordings evaluated diastolic filling after scaffold implantation. Degradation rates and inflammatory/foreign body response were studied at 3, 7 and 15 days post-ligation. Remodeling indices were evaluated by echocardiography 15 days post-ligation. Biodegrability was ~50% by 7 days and 100% by 15 days post-implantation for both materials. No differences were found in diastolic pressure. Inflammatory/foreign body response peaked at 3 days post-implant, with subsequent remission, but fibroblastic reaction was more pronounced after scaffold than after hydrogel implantation. Post-ligation, ejection fraction was higher in the scaffold (40.0±1.5%) or hydrogel groups (37.0±1.3%), compared to controls (30.6±1.9%). Wall tension index was lower with either biomaterial, but left ventricular end-diastolic diameter was shorter (p=0.044) and sphericity was attenuated (p=0.029) after scaffold, compared to hydrogel implantation. It can be concluded that both biomaterials showed favorable histological responses and attenuated remodeling, but epicardial restraint produced better results compared to hydrogel alone.In the second part of the thesis, hydrogel alginate-based biomaterials were evaluated, with or without the addition of growth hormone (GH). These biomaterials were compared with biventricular epicardial restraint, exerted by an alginate-based scaffold. Ten minutes after permanent coronary artery ligation, 48 Wistar rats (333±5gr) were randomized into (a) alginate intramyocardial injection with or (b) without GH, (c) biventricular restraint via an alginate-based scaffold, or (d) no treatment. Echocardiographic and histologic indices of left ventricular remodeling were examined 3 weeks post-infarction, followed by immunohistochemical evaluation of collagen-content and angiogenesis, as well as macrophage- and myofibroblast-count. Compared to controls, all three treatments displayed favorable effects, but alginate+GH consistently improved end-diastolic and end-systolic diameters, ventricular sphericity, wall tension index and infarct thickness. Similarly, microvascular density and myofibroblast-count in the infarct and peri-infarct areas were higher after alginate+GH, whereas macrophage-count and collagen-content did not differ between groups.Biomaterials represent a promising therapeutic strategy in the treatment of myocardial infarction. Further investigation is needed, aiming at further exploring the value of biomaterials as carriers of local delivery of drugs and/or cells. Myocardial tissue engineering has yet to overcome many challenges that will likely exploit its therapeutic effects on myocardial repair and regeneration.

Η πρόληψη της αναδιαμόρφωσης της αριστερής κοιλίας αποτελεί σημαντικό θεραπευτικό στόχο μετά το έμφραγμα του μυοκαρδίου. Στην διδακτορική διατριβή, αξιολογήθηκε μία θεραπευτική παρέμβαση, με στόχο τη μερική αναγέννηση του κοιλιακού μυοκαρδίου μετά το έμφραγμα και τη βελτίωση της λειτουργικότητας της αριστερής κοιλίας, με την εμφύτευση βιο-αποδομήσιμων υλικών. Στο πρώτο μέρος, παρασκευάστηκε και αξιολογήθηκε, ένα βιοϋλικό πολυαιθυλενογλυκόλης σε δύο μορφές: αυτή του υδροπηκτώματος, εφαρμοζόμενο με επικαρδιακή επάλειψη και αυτή του σύνθετου ικριώματος εμφυτευόμενο στο επικάρδιο των δύο κοιλιών, για μηχανικό περιορισμό τους. Τυχαιοποιήθηκαν 230 φυσιολογικοί επίμυες τύπου Wistar, με και χωρίς έμφραγμα του μυοκαρδίου. Τα στάδια αποδόμησης και η αντίδραση ξένου σώματος μελετήθηκαν 3, 7 και 15 ημέρες μετά την πρόκληση του εμφράγματος και την εμφύτευση, ενώ οι δείκτες αναδιαμόρφωσης εκτιμήθηκαν υπερηχοκαρδιογραφικά στις 15 ημέρες. Και τα δύο βιοϋλικά αποδομήθηκαν κατά ~50% στις 7 και 100% στις 15 ημέρες, ενώ η αντίδραση ξένου σώματος ήταν μέγιστη την 3η ημέρα. Η ινοβλαστική αντίδραση ήταν πιο έντονη στην ομάδα του ικριώματος, συγκριτικά με εκείνη του υδροπηκτώματος. Στις εμφραγματικές ομάδες, το κλάσμα εξώθησης ήταν μεγαλύτερο στις ομάδες του ικριώματος (40.0±1.5%) και του υδροπηκτώματος (37.0±1.3%), συγκριτικά με την ομάδα ελέγχου (30.6±1.9%). Η τοιχωματική τάση ήταν μειωμένη και στις δυο ομάδες βιοϋλικών. Στην ομάδα του ικριώματος, η τελοδιαστολική διάμετρος της αριστερής κοιλίας ήταν μικρότερη (p=0.044), και ο δείκτης σφαιρικότητας μειωμένος (p=0.029), συγκριτικά με την ομάδα του υδροπηκτώματος. Συμπερασματικά, και τα δύο βιοϋλικά έδειξαν ευνοϊκή εικόνα ιστολογικής αντίδρασης και μείωσαν την αναδιαμόρφωση, αλλά ο επικαρδιακός μηχανικός περιορισμός, με το ικρίωμα βιοϋλικού είχε καλύτερα αποτελέσματα, συγκριτικά με την επικαρδιακή εφαρμογή του υδροπηκτώματος. Στο δεύτερο μέρος, χρησιμοποιήθηκαν δυο βιοϋλικά, με βάση το αλγινικό οξύ: σαν υδροπήκτωμα (με ή χωρίς πρόσδεση αυξητικής ορμόνης), καθώς και σαν σύνθετο ικρίωμα. Μετά την πρόκληση εμφράγματος, 48 επίμυες τυχαιοποιήθηκαν σε ομάδες: (α) ενδομυοκαρδιακή έγχυση αλγινικού υδροπηκτώματος με και (β) χωρίς αυξητική ορμόνη, (γ) αμφικοιλιακό περιορισμό της καρδιάς με αλγινικό ικρίωμα ή (δ) καμία παρέμβαση. Τρεις εβδομάδες μετά, έγιναν υπερηχοκαρδιογραφικές μετρήσεις και εκτιμήθηκαν ιστολογικές παράμετροι. Συγκριτικά με την ομάδα ελέγχου, και οι τρεις εφαρμογές είχαν ευεργετικά αποτελέσματα, αλλά η ομάδα (α) έδειξε καλύτερα αποτελέσματα στη διάμετρο της αριστερής κοιλίας (τελοδιαστολική και τελοσυστολική), στο δείκτη σφαιρικότητας, στην τοιχωματική τάση και στο πάχος του εμφραγματικού τοιχώματος. Ομοίως, η μικροαγγειακή πυκνότητα και η προσέλκυση μυοϊνοβλαστών στην εμφραγματική και περι-εμφραγματική περιοχή ήταν εντονότερες στην ομάδα (α). Συμπερασματικά, η ενδομυοκαρδιακή έγχυση αυξητικής ορμόνης προσδεδεμένης σε αλγινικό υδροπήκτωμα βελτιώνει την αγγειογένεση και μειώνει την αναδιαμόρφωση μετά το έμφραγμα του μυοκαρδίου, πιο αποτελεσματικά από ότι το αλγινικό υδροπήκτωμα μόνο ή σαν ικρίωμα.Η εφαρμογή των βιοϋλικών, ως φορείς φαρμακευτικών ουσιών ή/και διαφοροποιημένων ή μη κυττάρων, αποτελεί μία πολλά υποσχόμενη στρατηγική στη θεραπεία του εμφράγματος του μυοκαρδίου. Η ιστοτεχνολογία του μυοκαρδίου έχει ακόμη να απαντήσει σε πολλές προκλήσεις, προκειμένου να μεγιστοποιηθούν οι θεραπευτικές επιδράσεις στη μυοκαρδιακή αποκατάσταση και αναγέννηση.