Κυτταρική μυοκαρδιοπλαστική με ενδοστεφανιαία χορήγηση αυτόλογων στελεχιαίων κυττάρων μυελού των οστών σε ασθενείς με καρδιακή ανεπάρκεια

Abstract

The autologous transplantation of stem cells for cardiac repair is currently being investigatedas a potential treatment modality for patients with coronary artery disease. The rationale of thisnovel method is the enhancement of the natural repair mechanisms performed by tissue-specificand circulating stem/ progenitor cells. Contrary to the dogma that the heart is a terminallydifferentiated organ that cannot replace its own cell damage, there is now proof from preclinicalstudies that the circulating blood provides the injured tissue with adult stem and progenitorcells, which have the potential to differentiate into multiple cell lineages and ultimately improvecardiac function. Many questions regarding the exact mode of action remain unanswered.Most of the randomized controlled clinical studies conducted so far pertain to patients afterprimary percutaneous coronary intervention for acute myocardial infarction whereas patientswith chronic myocardial infarction or chronic myocardial ischemia have been studied mostlyin observational studies.The aim of our study was to test the safety and efficacy of intracoronary administration ofselected CD133+ and CD133-CD34+ bone marrow-derived bone marrow stem cells in patientswith old anterior, non viable myocardial infarction and abnormal ventricular function. Twenty fourpatients with old anterior non-viable myocardial infarction and left ventricular ejection fraction at baseline < 40% were included in the study. Twelve patients (11 male) underwent intracoronaryinfusion of 16.9±4.9x106 CD133+ and 8±4x106 selected CD133-CD34+ progenitor cells and 12patients were followed-up on medical therapy. The patients who underwent cell infusion were aged50.1±8.5 years old and had suffered from transmural anterior myocardial infarction 43.9±38.4months before therapy. The echocardiography protocol consisted of the echocardiography studymeasuring a) left ventricular volumes and left ventricular ejection fraction (at rest and afterinotropic challenge with low dose Dobutamine infusion) and b) longitudinal deformation indiceswith the Tissue Doppler Imaging (TDI) technique. The nuclear medicine protocol consisted ofTl-201 myocardial scintigraphy with reinjection. Both studies (echocardiography and nuclearmedicine) were performed at baseline and again at 4 and 11 months after cell therapy.Our results showed that patients in the treatment group showed a gradual and sustaineddecrease in left ventricular end-diastolic (p=0.008) and left ventricular end-systolic volume (p=0.002) as well as an increase in left ventricular ejection fraction (from 27.2±6.8% to 29.7±7.3%,p=0.016). We also noted an improvement in segmental anterior (p=0.005) and apical (p<0.001)wall perfusion. During 28±8.7 months of clinical follow-up one patient developed restenosis atthe site of cell delivery, another patient showed progression of atherosclerosis and a third oneexperienced deterioration of heart failure. The control group showed progressive (statisticallysignificant) increase of left ventricular volumes and a trend (p=0.11) towards a decrease ofglobal left ventricular ejection fraction. There was no evidence of increased arrhythmogenicity(24-hr Holter monitoring) after cell therapy.Data from the echocardiography study using Tissue Doppler Imaging (10 patients) revealedimprovement of longitudinal deformation indices 6 months after cell infusion. The improvementof PSySR (peak systolic strain rate) was the most consistent and pronounced effect of selectedbone marrow stem/progenitor cells infusion, increasing by 67% at rest and by 76% whencombined with inotropic challenge 6 months after therapy.Maximum strain during the cardiac cycle (εmax) and strain during ejection time (εet) improvedalso significantly during the rest study. Global left ventricular ejection fraction (p=0.061)and wall motion score index (p=0.66) didn’t improve significantly during the rest study, thusconfirming that strain is more accurate than 2D systolic wall analysis to depict regional wall motion abnormalities in coronary artery disease patients. Low-dose Dobutamine infusion alsoshowed improvement of longitudinal deformation indices (εmax) and global ejection fractionin the follow-up study.Data from the nuclear imaging studies (8 patients) revealed that labeling the cells beforeadministration is feasible with cell viability of 90% and labeling efficiency of approximately30%. After labeling the cells with 99mTc-hexamethylpropylenamineoxime (HMPAO) theywere successfully infused intracoronarilly without any complication. Scintigraphic images1 hour (8 patients) and 24 hours (4 patients) after infusion showed an uptake of 9.2±3.6%and 6.8±2.4% respectively of the total infused radioactivity in the infracted region.In conclusion, intracoronary infusion of selected CD133+ and CD133-CD34+ bone marrowstem/progenitor cells in patients with old, anterior non-viable myocardial infarction is safe,leads to sustained improvement in segmental perfusion and longitudinal deformation and exerts favorable effect on ventricular remodeling. Labeling of cells before administration was safe andfeasible and revealed migration and homing of transplanted cells to the infracted myocardialsegment.

Τα τελευταία 10 και πλέον χρόνια έχει χρησιμοποιηθεί η κυτταρική μυοκαρδιοπλαστική ωςεπικουρική θεραπεία σε ασθενείς σε διάφορα στάδια της στεφανιαίας νόσου, κυρίως όμως με-τά από πρωτογενή αγγειοπλαστική στο οξύ έμφραγμα μυοκαρδίου. Στις περισσότερες μελέτεςασθενών με καρδιακή ανεπάρκεια ισχαιμικής αιτιολογίας έχει γίνει χορήγηση σκελετικών μυο-βλαστών με χειρουργική κυρίως τεχνική.Ο σκοπός της μελέτης μας ήταν η εκτίμηση της ασφάλειας και της αποτελεσματικότητας της εν-δοστεφανιαίας έγχυσης επιλεγμένων CD133+ και CD133-CD34+ κυττάρων μυελού των οστώνσε ασθενείς με παλαιό, μη βιώσιμο πρόσθιο έμφραγμα μυοκαρδίου και δυσλειτουργία της αρι-στεράς κοιλίας.Μελετήθηκαν 24 ασθενείς με χρόνια ισχαιμικής αιτιολογίας καρδιακή ανεπάρκεια μετά απόπαλαιό, μη βιώσιμο πρόσθιο έμφραγμα μυοκαρδίου και κλάσμα εξώθησης < 40%. Δώδεκα ασθε-νείς (11 άνδρες) υποβλήθηκαν σε ενδοστεφανιαία έγχυση 16.9±4.9x106 CD133+ και 8±4x106επιλεγμένων CD133-CD34+ κυττάρων μυελού των οστών, ενώ στο ίδιο διάστημα παρακολού-θησης εκτιμήθηκαν 12 ασθενείς με παρόμοια χαρακτηριστικά ως ομάδα ελέγχου.Οι ασθενείς που υποβλήθηκαν σε ενδοστεφανιαία έγχυση κυττάρων ήταν ηλικίας 50.1±8.5ετών και είχαν υποστεί εκτεταμένο πρόσθιο έμφραγμα μυοκαρδίου 43.9±38.4 μήνες πριν τηνκυτταρική θεραπεία. Η εκτίμηση της αποτελεσματικότητας της μεθόδου έγινε στους 4 και 11 μή-νες μετά την κυτταρική μεταμόσχευση με υπερηχοκαρδιογραφικές και πυρηνικές τεχνικές, ενώο έλεγχος πιθανής αυξημένης αρρυθμιογένεσης έγινε με συνεχή κλινική παρακολούθηση καιεπαναλαμβανόμενες καταγραφές Holter ρυθμού 24ώρου.Το υπερηχοκαρδιογραφικό πρωτόκολλο παρακολούθησης περιελάμβανε α) μετρήσεις του τε-λοδιαστολικού και τελοσυστολικού όγκου καθώς και του κλάσματος εξώθησης της αριστεράςκοιλίας σε ηρεμία και μετά από έγχυση Δοβουταμίνης σε χαμηλή δόση (έως 10 μg/kg/min) καιβ) μετρήσεις παραμέτρων της επιμήκους παραμόρφωσης (strain) και ρυθμού παραμόρφωσης(strain rate) με την τεχνική Tissue Doppler Imaging (TDI) σε ηρεμία και μετά από έγχυση χαμη-λής δόσης Δοβουταμίνης. Για τις πυρηνικές τεχνικές οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε φαρμακευτι-κή δοκιμασία (αδενοσίνη) σπινθηρογραφήματος μυοκαρδίου (στατικό – δυναμικό) με Tl-201 και επαναχορήγηση. Τα αποτελέσματα της μελέτης μας έδειξαν στην ομάδα της κυτταρικής μυοκαρδιοπλαστικήςμία σταδιακή και παρατεταμένη μείωση των τελοδιαστολικών (p=0.008) και τελοσυστολικώνόγκων (p=0.002) καθώς και αύξηση του κλάσματος εξώθησης (από 27.2±6.8% σε 29.7±7.3%,p=0.016) της αριστεράς κοιλίας. Παρατηρήθηκε επίσης βελτίωση της αιμάτωσης στο πρόσθιο(p=0.005) και στο κορυφαίο τοίχωμα (p<0.001) της αριστεράς κοιλίας. Κατά τη διάρκεια της κλι-νικής παρακολούθησης των 28.8±8.7 μηνών παρατηρήθηκε σε έναν ασθενή επαναστένωση στοσημείο διαστολής του αεροθαλάμου για την έγχυση των κυττάρων, σε έναν ασθενή σημειώθη-κε επιδείνωση της αθηροσκλήρυνσης στο αγγείο στο οποίο πραγματοποιήθηκε η κυτταρική θε-ραπεία ενώ σε έναν ασθενή υπήρξε επιδείνωση της καρδιακής ανεπάρκειας και αντιμετωπίσθη-κε συντηρητικά. Στην ομάδα ελέγχου παρατηρήθηκε (στατιστικά σημαντική) αύξηση των όγκωντης αριστερής κοιλίας και τάση μείωσης του κλάσματος εξώθησης. Δεν παρατηρήθηκε αύξησητης αρρυθμιογένεσης (Holter ρυθμού 24 ωρών) στην μακροπρόθεσμη παρακολούθηση μετά τηνκυτταρική μυοκαρδιοπλαστική.Στην υπερηχοκαρδιογραφική μελέτη των ασθενών (10 ασθενείς) παρατηρήθηκε βελτίωση τωνδεικτών της επιμήκους παραμόρφωσης (strain) και του ρυθμού παραμόρφωσης (strain rate) έξιμήνες μετά την κυτταρική θεραπεία. Η βελτίωση του PSySR (Peak Systolic strain rate, μέγιστοςσυστολικός ρυθμός παραμόρφωσης) παρουσίασε την πιο σταθερή και σημαντική βελτίωση με αύ-ξηση κατά 67% σε ηρεμία και κατά 76% μετά από έγχυση χαμηλής δόσης Δοβουταμίνης. Η μέΤα αποτελέσματα της μελέτης μας έδειξαν στην ομάδα της κυτταρικής μυοκαρδιοπλαστικήςμία σταδιακή και παρατεταμένη μείωση των τελοδιαστολικών (p=0.008) και τελοσυστολικώνόγκων (p=0.002) καθώς και αύξηση του κλάσματος εξώθησης (από 27.2±6.8% σε 29.7±7.3%,p=0.016) της αριστεράς κοιλίας. Παρατηρήθηκε επίσης βελτίωση της αιμάτωσης στο πρόσθιο(p=0.005) και στο κορυφαίο τοίχωμα (p<0.001) της αριστεράς κοιλίας. Κατά τη διάρκεια της κλι-νικής παρακολούθησης των 28.8±8.7 μηνών παρατηρήθηκε σε έναν ασθενή επαναστένωση στοσημείο διαστολής του αεροθαλάμου για την έγχυση των κυττάρων, σε έναν ασθενή σημειώθη-κε επιδείνωση της αθηροσκλήρυνσης στο αγγείο στο οποίο πραγματοποιήθηκε η κυτταρική θε-ραπεία ενώ σε έναν ασθενή υπήρξε επιδείνωση της καρδιακής ανεπάρκειας και αντιμετωπίσθη-κε συντηρητικά. Στην ομάδα ελέγχου παρατηρήθηκε (στατιστικά σημαντική) αύξηση των όγκωντης αριστερής κοιλίας και τάση μείωσης του κλάσματος εξώθησης. Δεν παρατηρήθηκε αύξησητης αρρυθμιογένεσης (Holter ρυθμού 24 ωρών) στην μακροπρόθεσμη παρακολούθηση μετά τηνκυτταρική μυοκαρδιοπλαστική.Στην υπερηχοκαρδιογραφική μελέτη των ασθενών (10 ασθενείς) παρατηρήθηκε βελτίωση τωνδεικτών της επιμήκους παραμόρφωσης (strain) και του ρυθμού παραμόρφωσης (strain rate) έξιμήνες μετά την κυτταρική θεραπεία. Η βελτίωση του PSySR (Peak Systolic strain rate, μέγιστοςσυστολικός ρυθμός παραμόρφωσης) παρουσίασε την πιο σταθερή και σημαντική βελτίωση με αύ-ξηση κατά 67% σε ηρεμία και κατά 76% μετά από έγχυση χαμηλής δόσης Δοβουταμίνης. Η μέΤα αποτελέσματα της μελέτης μας έδειξαν στην ομάδα της κυτταρικής μυοκαρδιοπλαστικήςμία σταδιακή και παρατεταμένη μείωση των τελοδιαστολικών (p=0.008) και τελοσυστολικώνόγκων (p=0.002) καθώς και αύξηση του κλάσματος εξώθησης (από 27.2±6.8% σε 29.7±7.3%,p=0.016) της αριστεράς κοιλίας. Παρατηρήθηκε επίσης βελτίωση της αιμάτωσης στο πρόσθιο(p=0.005) και στο κορυφαίο τοίχωμα (p<0.001) της αριστεράς κοιλίας. Κατά τη διάρκεια της κλι-νικής παρακολούθησης των 28.8±8.7 μηνών παρατηρήθηκε σε έναν ασθενή επαναστένωση στοσημείο διαστολής του αεροθαλάμου για την έγχυση των κυττάρων, σε έναν ασθενή σημειώθη-κε επιδείνωση της αθηροσκλήρυνσης στο αγγείο στο οποίο πραγματοποιήθηκε η κυτταρική θε-ραπεία ενώ σε έναν ασθενή υπήρξε επιδείνωση της καρδιακής ανεπάρκειας και αντιμετωπίσθη-κε συντηρητικά. Στην ομάδα ελέγχου παρατηρήθηκε (στατιστικά σημαντική) αύξηση των όγκωντης αριστερής κοιλίας και τάση μείωσης του κλάσματος εξώθησης. Δεν παρατηρήθηκε αύξησητης αρρυθμιογένεσης (Holter ρυθμού 24 ωρών) στην μακροπρόθεσμη παρακολούθηση μετά τηνκυτταρική μυοκαρδιοπλαστική.Στην υπερηχοκαρδιογραφική μελέτη των ασθενών (10 ασθενείς) παρατηρήθηκε βελτίωση τωνδεικτών της επιμήκους παραμόρφωσης (strain) και του ρυθμού παραμόρφωσης (strain rate) έξιμήνες μετά την κυτταρική θεραπεία. Η βελτίωση του PSySR (Peak Systolic strain rate, μέγιστοςσυστολικός ρυθμός παραμόρφωσης) παρουσίασε την πιο σταθερή και σημαντική βελτίωση με αύ-ξηση κατά 67% σε ηρεμία και κατά 76% μετά από έγχυση χαμηλής δόσης Δοβουταμίνης. Η μέΤα αποτελέσματα της μελέτης μας έδειξαν στην ομάδα της κυτταρικής μυοκαρδιοπλαστικήςμία σταδιακή και παρατεταμένη μείωση των τελοδιαστολικών (p=0.008) και τελοσυστολικώνόγκων (p=0.002) καθώς και αύξηση του κλάσματος εξώθησης (από 27.2±6.8% σε 29.7±7.3%,p=0.016) της αριστεράς κοιλίας. Παρατηρήθηκε επίσης βελτίωση της αιμάτωσης στο πρόσθιο(p=0.005) και στο κορυφαίο τοίχωμα (p<0.001) της αριστεράς κοιλίας. Κατά τη διάρκεια της κλι-νικής παρακολούθησης των 28.8±8.7 μηνών παρατηρήθηκε σε έναν ασθενή επαναστένωση στοσημείο διαστολής του αεροθαλάμου για την έγχυση των κυττάρων, σε έναν ασθενή σημειώθη-κε επιδείνωση της αθηροσκλήρυνσης στο αγγείο στο οποίο πραγματοποιήθηκε η κυτταρική θε-ραπεία ενώ σε έναν ασθενή υπήρξε επιδείνωση της καρδιακής ανεπάρκειας και αντιμετωπίσθη-κε συντηρητικά. Στην ομάδα ελέγχου παρατηρήθηκε (στατιστικά σημαντική) αύξηση των όγκωντης αριστερής κοιλίας και τάση μείωσης του κλάσματος εξώθησης. Δεν παρατηρήθηκε αύξησητης αρρυθμιογένεσης (Holter ρυθμού 24 ωρών) στην μακροπρόθεσμη παρακολούθηση μετά τηνκυτταρική μυοκαρδιοπλαστική.Στην υπερηχοκαρδιογραφική μελέτη των ασθενών (10 ασθενείς) παρατηρήθηκε βελτίωση τωνδεικτών της επιμήκους παραμόρφωσης (strain) και του ρυθμού παραμόρφωσης (strain rate) έξιμήνες μετά την κυτταρική θεραπεία. Η βελτίωση του PSySR (Peak Systolic strain rate, μέγιστοςσυστολικός ρυθμός παραμόρφωσης) παρουσίασε την πιο σταθερή και σημαντική βελτίωση με αύ-ξηση κατά 67% σε ηρεμία και κατά 76% μετά από έγχυση χαμηλής δόσης Δοβουταμίνης. Η μέγιστη παραμόρφωση κατά τη διάρκεια ενός καρδιακού κύκλου (εmax) και η παραμόρφωση κα-τά την εξωθητική περίοδο (εet) βελτιώθηκαν επίσης σημαντικά στην μελέτη ηρεμίας έξι μήνεςμετά την κυτταρική θεραπεία. Αντίθετα, δεν σημειώθηκε στην μελέτη ηρεμίας σημαντική βελτί-ωση στο συνολικό κλάσμα εξώθησης (p=0.061) αλλά ούτε και στην τμηματική συσπαστικότη-τα (WMSI, wall motion score index, p=0.66). Το εύρημα αυτό επιβεβαιώνει παλαιότερες μελέτεςπου ανέφεραν ότι σε ασθενείς με στεφανιαία νόσο οι δείκτες παραμόρφωσης είναι πιο αξιόπι-στοι από τη δισδιάστατη υπεηχοκαρδιογραφική μελέτη στην ανίχνευση τμηματικών διαταραχώντης συσπαστικότητας. Η χορήγηση Δοβουταμίνης τέλος, οδήγησε στην επανεκτίμηση των 6 μη-νών μόνο σε βελτίωση της μέγιστης παραμόρφωσης κατά τη διάρκεια ενός καρδιακού κύκλου(εmax, p=0.007) αλλά και του συνολικού κλάσματος εξώθησης.Στις απεικονιστικές τεχνικές της μελέτης μας, επισημάναμε τα επιλεγμένα CD133+ και CD133-CD34+ κύτταρα μυελού των οστών με το ραδιενεργό ισότοπο Tc-99m-HPMAO. Δεν παρατηρήθηκαν επιπλοκές από τη χορήγηση των επισημασμένων κυττάρων με τη βιωσιμότητα τους να πα-ραμένει πολύ υψηλή (>95%), ενώ το ποσοστό επισήμανσης μετρήθηκε σε 30%. Μετά από εν-δοστεφανιαία έγχυση ενός μεγάλου αριθμού κυττάρων παρατηρήθηκε προσκόλληση τους στηνεμφραγματική περιοχή σε ποσοστό 9.2±3.6 % την πρώτη ώρα (8 ασθενείς) και 6.8±2.4 % στις24 ώρες (1 ασθενής) μετά την επέμβαση, ενώ τα υπόλοιπα επισημασμένα κύτταρα απεικονίστη-καν στο ήπαρ, στον σπλήνα, στους πνεύμονες και στον εντερικό σωλήνα.Φαίνεται λοιπόν ότι η ενδοστεφανιαία χορήγηση επιλεγμένων κυττάρων μυελού των οστώνμε το αντιγόνο επιφανείας CD133+ και CD133-CD34+ έχει θετική δράση στην κοιλιακή αναδια-μόρφωση, στην αιμάτωση της εμφραγματικής περιοχής και στις ιστικές ταχύτητες καθώς και τηνεπιμήκη παραμόρφωση της εμφραγματικής περιοχής. Αν και η μελέτη μας αφορούσε ασθενείςμε παλαιό έμφραγμα μυοκαρδίου και συνεπακόλουθη ελαττωμένη – σε σχέση με την οξεία αντί-δραση στην άμεση μετεμφραγματική περίοδο- χημειοπροσέλκυση προγονικών κυττάρων δείξα-με ότι τα χορηγηθέντα κύτταρα μεταναστεύουν στην εμφραγματική περιοχή και συγκρατούνταισε ικανό ποσοστό έως και 24 ώρες μετά την έγχυση.Πολλές κλινικές μελέτες ανέφεραν την ασφάλεια και αποτελεσματικότητα της κυτταρικής μυο-καρδιοπλαστικής σε ασθενείς μετά από οξύ έμφραγμα μυοκαρδίου, χρόνια μυοκαρδιακή ισχαιμία(χωρίς δυνατότητα επαναγγείωσης) και ισχαιμική καρδιακή ανεπάρκεια. Η βελτίωση της καρδιακής λειτουργίας αποδείχθηκε στις περισσότερες από αυτές παρά την ανομοιογένεια στο είδος τωνκυττάρων που χρησιμοποιήθηκαν, στο σχεδιασμό τους και στις παθήσεις που εκτιμήθηκαν. Σχετικάμε την αποτελεσματικότητα της μεθόδου παρατηρήθηκε στις περισσότερες μελέτες μικρή αύξη-ση του κλάσματος εξώθησης, μικρή μείωση της εμφραγματικής περιοχής και ευεργετική δράσηστην κοιλιακή αναδιαμόρφωση με αμφίβολο όμως κλινικό όφελος στην επιβίωση ή/και θνητότητατων ασθενών αυτών. Σίγουρα όμως δεν παρατηρήθηκε στην κλινική έρευνα το όφελος στην καρ-διακή λειτουργία που θα περίμενε κανείς μετά τα εντυπωσιακά δεδομένα που ήρθαν από πολλέςπειραματικές εργασίες. Προς αυτήν την κατεύθυνση κινήθηκε και το Task Force της ΕυρωπαϊκήςΚαρδιολογικής Εταιρείας το έτος 2006 που συνέστησε τη χρήση αυστηρών και προκαθορισμένωνκριτηρίων εισαγωγής και αποκλεισμού των ασθενών στις κλινικές μελέτες που διεξάγονται με τηχρήση αυτόλογων στελεχιαίων κυττάρων. Για το λόγο αυτό διενεργούνται πλέον μεγάλες τυχαι-οποιημένες πολυκεντρικές μελέτες με σκοπό να απαντηθούν βασικά ερωτήματα στην κυτταρικήμυοκαρδιοπλαστική πριν μπορέσει να χρησιμοποιηθεί ευρέως στην κλινική πράξη.