University of Oulu

Mechanisms behind stem cell therapy in acute myocardial infarction

Saved in:
Author: Kujanpää, Kirsi
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Medicine
Medical Research Center Oulu
Oulu University Hospital
Format: ebook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 4.1 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526212920
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2016
Publish Date: 2016-09-13
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic Dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Health and Biosciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium 1 of Oulu University Hospital (Kajaanintie 50), on 23 September 2016, at 12 noon
Tutor: Professor Petri Lehenkari
Professor Tatu Juvonen
Docent Roberto Blanco Sequeiros
Reviewer: Docent Esko Kankuri
Professor Tuula Heinonen
Opponent: Professor Katriina Aalto-Setälä
Description:

Abstract

Ischemic heart disease is one of the leading cause of death in the Western world. There is convincing evidence that stem cell therapy improves cardiac function and reduces the scar formation following an acute myocardial infarction (AMI). The mechanisms involved in the recovery remain partly unknown.

Direct injection of stem cells into myocardium is a widely used transplantation technique though there are few details available about the behavior of cells after transplantation. A cardiac explant culture model simulating tissue stress was developed in this study to examine in detail the properties of the stem cells after their transplantation. The migration range in myocardium and the number of adherent stem cells increased with time. In vitro and in vivo studies revealed that after their administration, the stem cells became localized in the slit-like spaces, such as in the capillaries.

Even though the study outcomes regarding the impact of stem cell therapy in recovery after AMI have been largely promising, the results of the clinical studies have proved to be more controversial. If one wishes to evaluate the true contribution of the stem cell therapy to the recovery, it is essential to devise a reliable study method for cell targeting. Here, iron labeled stem cells in combination with magnetic resonance imaging (MRI) were used. The MRI data corresponded to the histological results. Thus, it is concluded that MRI is a feasible method for monitoring the effectiveness of cell targeting.

Stem cell treatment was shown to increase cardiac function at three weeks after AMI. If there was a high number of stem cells in cardiac tissue after transplantation, this predicted a greater improvement in cardiac function. Improper stem cell injection may lead to leakage of the stem cells out of the myocardium, leading to unreproducible study results.

Inflammation modulating factors secreted by the stem cells are considered as key mechanisms in the recovery after AMI. There were differences in the cytokine levels between the stem cell treated and control groups in a clinical and in vivo animal study i.e. stem cell therapy exerted a balancing effect on the inflammatory process, a crucial component in the optimal recovery after AMI.

The present study reveals many properties of stem cells, importance of cell targeting and the influence of stem cell therapy on cytokine levels after AMI.


Tiivistelmä

Iskeeminen sydänsairaus on yksi yleisimmistä kuolinsyistä länsimaissa. Tutkimusten mukaan kantasoluterapia parantaa sydämen toimintakykyä ja pienentää akuutin sydäninfarktin jälkeen sydämeen muodostuvan arpikudoksen määrää. Paranemiseen liittyvät mekanismit ovat edelleen osittain tuntemattomia.

Kantasolujen ruiskutus suoraan sydämeen on paljon käytetty menetelmä, vaikka solujen käyttäytymistä ei tunneta tarkkaan.Tutkimuksessa kehitetyn kudoksen stressitilaa simuloivan sydänkudoksen kasvatusmenetelmän avulla tutkittiin siirrettyjen kantasolujen toimintaa yksityiskohtaisesti. Kantasolujen vaeltaman matkan sydänkudoksessa ja kiinnittyneiden kantasolujen lukumäärä havaittiin kasvavan ajan kuluessa. In vitro ja in vivo tutkimuksissa havaittiin kantasolujen sijaitsevan ruiskutuksen jälkeen rakomaisissa paikoissa kuten pienissä verisuonissa.

Vaikka tutkimustulokset kantasoluterapian hyödyistä paranemisen suhteen ovat pääosin lupaavia, kliinisten tutkimusten tulokset ovat ristiriitaisia. Todellisen kantasoluhoidon vaikutuksen arvioimiseksi tarvitaan luotettava menetelmä varmistamaan kantasolujen hakeutuminen vaurioalueelle. Tässä tutkimuksessa rautaleimattujen kantasolujen paikantamisessa käytetty magneettikuvantaminen vastasi histologisia löydöksiä. Magneettikuvantaminen todettiin käyttökelpoiseksi menetelmäksi solujen paikallistamisessa.

Kantasoluhoidon osoitettiin parantavan sydämen toimintakykyä kolme viikkoa akuutin sydäninfarktin jälkeen. Suuri kantasolumäärä sydänkudoksessa siirron jälkeen ennusti parempaa toipumista. Puutteellisesti suoritettu kantasoluruiskutus voi johtaa kantasolujen vuotamiseen pois sydänkudoksesta aiheuttaen vaihtelevuutta tutkimustuloksiin.

Kantasolujen erittämiä tulehdusta sääteleviä tekijöitä pidetään tärkeimpänä mekanismina paranemisprosessissa. Tutkimus osoitti eroavaisuuksia kantasoluhoidetun ja kontrolliryhmän välillä. Kliinisessä ja koe-eläintutkimuksessa kantasolusiirrolla todettiin tulehdusreaktiota tasapainottava vaikutus, mikä on tärkeää optimaalisen sydänlihaskudoksen paranemisen kannalta akuutin sydäninfarktin jälkeen.

Tutkimus toi esiin monia kantasolujen ominaisuuksia, solujen paikantamisen tärkeyden ja kantasoluhoidon vaikutuksen sytokiinipitoisuuksiin akuutin sydäninfarktin jälkeen.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-952-62-1292-0
ISBN Print: 978-952-62-1291-3
Issue: 1378
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.