Intravenöse Knochenmarkstammzell-Transplantation im chronischen Herzinsuffizienzmodell der Ratte

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde in einer randomisierten tierexperimentellen Versuchsreihe die intravenöse Applikationsform von Knochenmarkstammzellen (KMS) als eine neue, noch junge Möglichkeit zur Therapie der chronischen Herzinsuffizienz untersucht. Zur Datenakquise konnten die neuen echokardiographischen Verfahren Gewebe-Doppler (TDI) und 2D-Strain unter der Verwendung moderner Geräte erfolgreich eingesetzt werden. Im Rahmen der Studie sollte der Nutzen und die Machbarkeit dieser Untersuchungen im kardiomyopathischen Rattenmodell belegt werden. Der Versuchsaufbau beinhaltete zwei Gruppen von jeweils 10 Lewis-Ratten, die im Verlauf der Untersuchung miteinander verglichen wurden. Der Zustand der gesunden Herzen wurde bei allen 20 Tieren mit einer ausführlichen Echokardiographie-Untersuchung dokumentiert (TTE1). Es folgte die Induktion eines großen linksventrikulären Myokardinfarktes durch Ligatur der linken Koronararterie. In einer nach vier Wochen folgenden zweiten Echokardiographie-Untersuchung (TTE2) konnten eindeutige, infarkttypische Funktions- und Morphologieveränderungen mit den konventionellen Parametern nachgewiesen werden. Es gelang darüber hinaus, mit den oben genannten neuen, sensitiven Untersuchungsverfahren und Analysen diese Phänomene genau zu lokalisieren und zu quantifizieren. Damit war eine Zielsetzung der Studie, die TDI und 2D-Strain-Methode im chronischen Herzinsuffizienz-Modell der Ratte zu etablieren, erreicht. Vier Wochen nach der Induktion des Herzinfarktes wurden die Ratten randomisiert und in eine Kontroll-Gruppe und eine Verum-Gruppe eingeteilt. Zur Gewinnung der KMS wurden pro Transplantation einer genetisch synergenen Spenderratte beide Femurknochen entnommen. Auf diesem simulierten autologen Transplantationsweg erfolgte die Injektion der Zellen nach Laparotomie in die Vena Cava inferior. Die Kontrollgruppe erhielt im identischen Operationsverfahren 0,9%iges NaCl. Nach weiteren vier Wochen wurden in einer dritten Verlaufs-Echokardiographie eventuelle Veränderungen der Ventrikelfunktion, -geometrie und -morphologie dokumentiert. Danach folgte die Explantation der Herzen zur histopathologischen und immunhistochemischen Auswertung. Mit Hilfe der bereits erwähnten echokardiographischen Methoden war es möglich, auch minimale Veränderungen nachzuweisen: Der Nutzen der modernen Echokardiographie-Geräte und -verfahren (TDI, 2D-Strain) für kommende kleintierexperimentelle Studien am kranken Herzen ist hiermit belegt. Die gewonnenen Ergebnisse hinsichtlich des intravenösen Transplantationsweges ermöglichen folgende Aussagen: Nach Auswertung der funktionellen Parameter aus der Echokardiographie konnten im eigentlichen Infarktgebiet nach KMS-Transplantation keine signifikanten Veränderungen feststellten. Die Daten lassen jedoch diskrete Tendenzen erkennen, die zu folgenden Thesen ermutigen: 1\. Die intravenöse Transplantation von KMS auch Wochen nach einem Herzinfarkt scheint die Erholung der globalen Ventrikelfunktion positiv zu beeinflussen. 2\. Ventrikuläre Remodeling-Vorgänge der nicht infarzierten Areale scheinen durch die KMS-Transplantation gebremst oder aufgehalten zu werden. Um weitere zukunftsweisende, aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, sollten kommende Studien den Langzeitverlauf nach KMS-Transplantation im Herzinsuffizienzmodell untersuchen. Weiterhin sind Studien zur Erforschung einer wiederholten Gabe von KMS im Krankheitsverlauf einer Herzinsuffizienz sinnvoll und von wissenschaftlichem Interesse. Im Rahmen der histopathologischen Auswertung interessierte die Frage nach einer potentiellen Verringerung der morphologischen Infarktgröße sowie nach vermehrtem Auftreten von chondrozytären Metaplasien als möglichen Vorläufergeweben für Kalzifikationen und Ossifikationen im Myokard. Die Ergebnisse aus der vorliegenden Studie lassen folgende Feststellungen zu: 1\. Die intravenöse Transplantation von KMS führt nicht zu Fehldifferenzierungen im Sinne einer chondroiden Metaplasie. 2\. Kalzifizierungs- und Ossifizierungstendenzen im Rahmen der normalen, postinfarziellen myokardialen Umbauvorgänge werden durch intravenöse Transplantation von KMS vermindert. 3\. Nach intravenöser Transplantation von KMS lässt sich die Tendenz zu einer morphologischen Verkleinerung des Infarktareals erkennen.

Objectives. Chronic heart failure after myocardial infarction is still a serious problem without a fundamental therapy. Direct intramyocardial transplantation of bone marrow cells (BMC) is promising but difficult to perform. Therefore, cardiac effect of experimental intravenous application of BMC after myocardial infarction (MI) is evaluated. Methods. 20 Lewis rats underwent suture ligation of the LAD. One month after MI there were randomized to receive either intravenous Lewis-BMC or saline injection. Hearts were explanted and histologically examined another month later. Transthoracic echocardiography was performed before MI and intravenous injection as well as before explantation. Results. BMC transplanted animals showed greater increase of left ventricular ejection fraction (pre-Tx: 40 ± 8 % vs. post-Tx: 48 ± 14%, p=0.08), fractional shortening (pre-Tx: 17 ± 4 % vs. post-Tx: 22 ± 8%, p=0.08), systolic thickness of interventricular septum (pre-Tx: 1.4 ± 0.5 vs. post-Tx: 2.3 ± 0.5, p=0.02) and less size of the infarct area (Tx-group: 11% vs. Controls: 13%, p=0.07) as well as less chondroitic metaplasia (Tx-group: 30% vs. Controls: 50%, p<0.01). Moreover, enddiastolic left ventricular diameter and systolic thickness of left ventricular posterior wall increased only in the control group. Conclusion. BMC-Tx led to better functional recovery, less infarct size and calcifications as well as less remodelling.