Transplantation of mesenchymal stem cells within a biodegradable PLCL scaffold improves cardiac function in a rat myocardial infarction model

Abstract

배경: 지난 수십 년간 심근경색 치료에 관한 많은 연구들이 진행 되여 왔다. 그러나 스스로 재생이 되지 않는 심근세포의 특성 때문에 심근경색 치료는 많은 어려움이 있다. 현재, 줄기세포를 이용한 조직공학적 기법이 그 해결책으로 두각을 나타내고 있다. 심근세포로 분화가 될 수 있는 줄기세포와 생체적합성을 가진 생체자료를 이용하여 심근경색을 치료하는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 생분해성 PLCL scaffold 를 이용하여 중간배엽줄기세포를 백서 심근경색모델에 이식하여 그 효능을 알아보고자 하였다. 재료 및 방법: 심근경색 모델은 액체 질소에 담근 금속 막대기를 이용한 cryoinjury 방법을 사용하였다. 중간배엽줄기세포는isogenic inbred Lewis rat 골수에서 체취 하여 증식시켰다. 중간배엽줄기세포는CM-DiI 로 labeling 하고 생분해성 poly (lactide-co-epsilon-caprolactone) scaffold 에 seeding 하였다. 심근경색모델 완성 10일후, saline (saline group, n=8); scaffold (PLCL group, n=8); MSCs (MSC group, n=8); MSCs seeded scaffold (MSC+PLCL group, n=8) 를 각각 투여 하였다. 세포이식 4주 후, 초음파를 이용하여 심근기능을 측정하였다. 그리고 심장조직을 적출하여 조직학 분석을 진행하였다. 결과: 좌심실 수출률은MSC+PLCL 그룹에서 saline 그룹보다 23% 증가하였고 MSC 그룹에 비해서도 증가하였다. 심근경색 면적은MSC+PLCL 그룹이 saline 그룹에 비해 29% 감소하였고 또한 MSC 그룹에 비해 감소 되였다. 결론: 백서 심근 경색 모델에서 생분해성 PLCL scaffold 를 이용한 중간배엽줄기세포 이식은 효과적으로 좌심실 확장을 감소 시켰으며 심근기능을 향상 시켰다. 이러한 결과로 볼 때 생분해성 PLCL scaffold 를 이용한 중간배엽줄기세포 이식은 심근 경색으로 인한 심부전의 새로운 치료 방법이 될 것이다.; BACKGROUND: In the past decades, many researcher aims to repair irreversible impaired hearts. Cardiac tissue engineering has been proposed as appropriate method to resolve this problem. Bioengineered cardiac grafts are created by combining functional cells with a degradable scaffold as a temporary extracellular matrix. In this study, biodegradable PLCL scaffold seeded with MSC may hold potential for the repair of damaged heart tissue. METHODS: Myocardial infarction was induced by cryoinjury method. Mesenchymal stem cells were isolated from bone marrow aspirates of isogenic inbred Lewis rat and expanded in vitro. MSCs were labeled with CM-DiI and seeded on biodegradable poly (lactide-co-epsilon-caprolactone) scaffold. At ten days after myocardial infarction, saline (saline group, n=8); MSCs seeded scaffold (MSC+PLCL group, n=8) was administrated to rats. Four weeks after implantation, echocardiography was performed to evaluate cardiac function. After then, hearts were harvest for histological analysis. RESULTS: LV ejection fraction in the MSC+PLCL group was increased 23% compared with that in the saline group; it was also higher in the MSC group. The infarct size in the MSC+PLCL group was decreased by 29% compared with that in the saline group; it was also reduced in the MSC group. CONCLUSIONS: MSC seeded biodegradable PLCL scaffold implantation effectively attenuated LV dilation and improved cardiac function in a rat MI model. Therefore, the MSC seeded biodegradable PLCL scaffold can be considered as an alternative therapeutic strategy for MI induced heart failure.