A promising strategy for the treatment of ischemic heart disease: Mesenchymal stem cell-mediated vascular endothelial growth factor gene transfer in rats

BackgroundTreatment of ischemic heart disease (IHD) remains a worldwide problem. Gene therapy, and recently, cell transplantation, have made desirable progress. A combination of appropriate stem cells and angiogenic genes appears promising in treating IHD.ObjectiveTo study the results of angiogenesis and myogenesis induced by transplantation of the adenovirus carrying human vascular endothelial growth factor 165 (Ad-hVEGF165)-transfected mesenchymal stem cells (MSCs) in IHD compared with direct MSC transplantation or Ad-hVEGF165 delivery.MethodsCultured MSCs were transfected by Ad-hVEGF165, and secreted VEGF was measured by ELISA in vitro. Ad-hVEGF165-transfected MSCs (MSC/VEGF group), MSCs (MSC group), AdhVEGF165 (VEGF group) or a serum-free medium (control group) was injected into syngeneic Wistar rats immediately after left coronary artery occlusion. All cells were marked with CM-DiI (Molecular Probes, USA) before transplantation. One week after treatment, messenger RNA expression of hVEGF165 in the MSC/VEGF group was found to be significantly higher than in other groups by reverse transcriptase-polymerase chain reaction analysis. One month after cell transplantation, left ventricular (LV) ejection fraction, capillary density of the infarcted region, infarct size and hemodynamic parameters (including LV end-diastolic pressure, LV+dP/dt and LV–dP/dt) were measured and immunohistochemical analysis was performed.ResultsA high level of VEGF was expressed by Ad-hVEGF165-transfected MSCs. LV ejection fraction, mean capillary density of the infarcted region and hemodynamic parameters were significantly improved in the MSC/VEGF group compared with the MSC group, the VEGF group and the control group (P<0.001 for all). Partly transplanted MSCs showed the cardiomyocyte phenotype, expressed desmin and cardiac troponin T, and resulted in angiogenesis in the ischemic myocardium. However, a few transplanted MSCs incorporated into the vascular structure and most of the new vascular components were host-derived.ConclusionsThe combined strategy of MSC transplantation and VEGF gene therapy can produce effective myogenesis and hostderived angiogenesis, resulting in the prevention of progressive heart dysfunction after myocardial infarction.

HistoriqueLe traitement de la cardiopathie ischémique (CPI) demeure un problème mondial. La thérapie génique et, récemment, la transplantation de cellules, ont fait des progrès souhaitables. Une association de cellules souches et de gène angiogénique semble prometteuse pour le traitement de la CPI.ObjectifÉtudier les résultats de l’angiogenèse et de la myogenèse induite par la transplantation des cellules souches mésenchymateuses (CSM) transfectées par l’adénovirus porteur du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire humain 165 (Ad-FCEVh165) en cas de CPI par rapport à la transplantation de CSM ou à la livraison d’Ad-FCEVh165.MéthodologieOn a transfecté des cultures de CSM par Ad- FCEVh165, et le FCEV sécrété a été mesuré par ELISA in vitro. On a injecté les CSM transfectées par Ad-FCEVh165 (groupe CSM/FCEV), les CSM (groupe CSM), l’Ad-FCEVh165 (groupe FCEV) ou un médium sans sérum (groupe témoin) à des rats Wistar syngéniques immédiatement après une occlusion de l’artère coronaire gauche. Toutes les cellules ont été marquées par CM-DiI (Molecular Probes, États-Unis) avant la transplantation. Une semaine après le traitement, l’expression mARN du FCEVh165 par méthode PCR-CDNA au sein du groupe CSM/FCEV était significativement plus élevée qu’au sein des autres groupes. Un mois après la transplantation des cellules, on a mesuré la fraction d’éjection ventriculaire gauche (VG), la densité capillaire du foyer infarci, la dimension de l’infarctus et les paramètres hémodynamiques (y compris la tension VG en fin de diastole, +dP/dt VG et –dP/dt VG) et procédé à une analyse immunohistochimique.RésultatsLes CSM transfectées par FCEVh165 exprimaient un FCEV élevé. La fraction d’éjection VG, la densité capillaire moyenne du foyer infarci et les paramètres hémodynamiques s’amélioraient considérablement au sein du groupe CSM/FCEV par rapport au groupe CSM, du groupe FCEV et du groupe témoin (P<0,001 pour tous). Des CSM partiellement transplantées révélaient le phénotype cardiomyocyte, la desmine exprimée et la troponine T cardiaque et entraînaient une angiogenèse dans le myocarde ischémique. Cependant, quelques CSM transplantées s’intégraient à la structure cardiovasculaire, et la plupart des nouveaux éléments vasculaires étaient dérivés de l’hôte.ConclusionsL’association de transplantation de CSM et de thérapie génique par FCEV peut produire une myogenèse efficace et une angiogenèse dérivée de l’hôte, ce qui prévient l’évolution du dysfonctionnement cardiaque après un infarctus du myocarde.