Activation of Diverse Signaling Pathways by Ex-Vivo Delivery of Multiple Cytokines for Myocardial Repair

Abstract

We tested the hypothesis that simultaneous transgenic overexpression of a select quartet of growth factors activates diverse signaling pathways for mobilization and participation of various stem/progenitor cells for cardiogenesis in the infarcted heart. Human insulin growth factor-1 (IGF-1), vascular endothelial growth factor (VEGF), stromal cell-derived factor-1 (SDF-1a), and hepatocyte growth factor (HGF) plasmids were synthesized and transfected into skeletal myoblasts (SM) from young male wild-type or transgenic rats expressing green fluorescent protein (GFP). Overexpression of growth factors in transfected SM ((Trans)SM) was confirmed by reverse transcription polymerase chain reaction, western blotting, and fluorescence immunostaining. Using our custom-made growth factor array and western blotting, multiple angiogenic and prosurvival factors were detected in (Trans)SM, including secreted frizzled related protein-1,2,4,5, matrix metalloproteinases-3 and 9, connexin-43, netrin-1, Nos-2, Wnt-3, Akt, MAPK42/44, Stat3, nuclear factor kappa B (NFκB), hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1α), and protein kinase C (PKC). The conditioned medium (CM) from (Trans)SM was cytoprotective for cardiomyocytes following H(2)O(2) treatment [P<0.01 vs. CM from native SM ((Nat)SM)], promoted a higher transwell migration of human umbilical cord vein endothelial cells (223.3±1.8, P<0.01) and in vitro tube formation (47.8±1.9, P<0.01). Intramyocardial transplantation of 1.5×10(6) (Trans)SM (group-3) in a rat model of acute myocardial infarction induced extensive mobilization of cMet(+), ckit(+), ckit(+)/GATA(4+), CXCR4(+), CD44(+), CD31(+), and CD59(+) cells into the infarcted heart on day 7 and improved integration of (Trans)SM in the heart compared to (Nat)SM (group 2) (P<0.05). Extensive neomyogenesis and angiogenesis in group-3 (P<0.01 vs. group-2), with resultant attenuation of infarct size (P<0.01 vs. group-2) and improvement in global heart function (P<0.01 vs. group-2) was observed at 8 weeks. In conclusion, simultaneous activation of diverse signaling pathways by overexpression of multiple growth factors caused massive mobilization and homing of stem/progenitor cells from peripheral circulation, the bone marrow, and the heart for accelerated repair of the infarcted myocardium.

Netrin-1 promotes mesenchymal stem cell revascularization of limb ischaemia

“…One reason for this increased effect is that angiogenic factors facilitate angiogenesis; another reason is that BMSCs can cause massive mobilization and homing of stem cells from peripheral circulation to protect the transplanted stem cells. [29][30][31] Netrins are important in axonal guidance and the regulation and maintenance of central nervous system, and they are also involved in the development of the mammary gland, lung, pancreas and blood vessels. 32 However, recent studies suggested that Netrin-1 functions as a survival factor or pro-angiogenic factor.…”

Transplantation of Genetic Modified Stem Cells Overexpressing Therapeutic Growth Factorsfor the Treatment of Experimental Rat Myocardial Infarction

“…Приготовление плазмид и трансфекция клеток Плазмиды, кодирующие SDF 1α, HGF, IGF 1, и VEGF, были приготовлены, как описа но в нашей работе [15]. Для трансфекции клет ки были культивированы до 80% 90% конфлю энтности, и по отдельности в каждой из 4 ча шек Петри трансфицированы каждой из 4 плазмид (IGF 1, VEGF, SDF 1α, или HGF), ис пользуя катионный вектор Lipofectamine 2000 (Invitrogen).…”

“…Методы анализа миграции клеток и спо собности клеток к ангиогенезу in vitro Кондиционная среда (CM) от TransSM и NatSM была использована для анализа мигра ции клеток HUVEC, методом транслуночной миграции (in vitro transwell migration system), как было описано нами ранее [15]. Для анализа способности к ангиогенезу клеток HUVEC in vitro использовался метод формирования мик ротрубок (tube formation assay) [15].…”

“…Для анализа способности к ангиогенезу клеток HUVEC in vitro использовался метод формирования мик ротрубок (tube formation assay) [15].…”

“…Наш мультимодальный подход с применением невирусной генной терапии осуществлял акти вацию и участие внутренних систем ли ганд/рецептор -VEGF/VEGFR, HGF/cMet, IGF 1/IGF 1R, и SDF 1α/CXCR4 -в процес сах регенерации миокарда путем создания гра диента соотвествующих лигандов (ростовых факторов) в инфарктном сердце, вызванного трансплантацией SM, обеспечивающих сверx продукцию этих ростовых факторов. Ранее мы показали эффективность каждого из выбран ных ростовых факторов в лечении эксперимен тального инфаркта миокарда [14,15,17]. Хотя сравнение результатов этих исследований с ре зультатами данного исследования затрудни тельно из за различий в организации экспери мента, равно как и различий в стратегии дос тавки ростовых факторов и типе клеток, ис пользуемых для трансгенной доставки, эти данные послужили основой для нашей много целевой стратегии.…”