Angiogenic potential of rat cardiac stem cells and bone marrow mesenchymal stromal cells
Published 2016-01-14
Keywords
- cardiac stem cells,
- bone marrow derived mesenchimal stromal cells,
- cardiomyocyte,
- endotheliocyte,
- pericyte
How to Cite
Copyright (c) 2016 Pavlova S.V., Rozanova I.A., Chepeleva E.V., Malakhova A.A., Lykov A.P., Pokushalov E.A., Zakiyan S.M.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Abstract
Cell therapy is a promising approach in the treatment of ischaemic myocardial damage. Multiple research data show that c-kit+ cardiac stem cells of adult organism as well as mesenchymal stromal bone marrow cells demonstrate paracrine effect in the treatment of ischaemic myocardial damage. Comparative immunofluorescent, flow cytometry and RT-PCR analysis of c-kit positive cardiac stem cells and bone marrow derived mesenchimal stromal cells in rats indicates that both types of cells have similar mesenchimal (CD90, CD29, CD73, vimentin, collagen type I, fibronectin), pericyte (aSMA, NG2, nestin , alkaline phosphatase type I, Sca1), endothelial (CD31, Tie2, vW) markers and express paracrine factors and their receptors (PDGFb / PDGFRb, VEGF /VEGFR2, Ang1 / Tie2, HGF / c-met, TGFb, Sfrp1). Cultivation of CSC and BM-MSC in endothelial medium EGM2 helped to improve the angiogenic potential of the culture, as evidenced by the intense isolectin B4 binding, the formation of capillary-like structures in Matrigel test. We hypothesized that c-kit+ CSC are regional mesenchymal stem cells with features of cardiac pericytes. Moreover, we showed that rat bone marrow derived mesenchimal stromal cells demonstrate angiogenic potential in vitro.
References
- Bergmann O., Bhardwaj R.D., Bernard S., Zdunek S., Barnabé-Heider F., Walsh S., Zupicich J., Alkass K., Buchholz B.A., Druid H., Jovinge S., Frisén J. Evidence for cardiomyocyte renewal in humans // Science. 2009. Vol. 324. № 5923. P. 98–102.
- Beltrami A.P., Barlucchi L., Torella D., Baker M., Limana F., Chimenti S., Kasahara H., Rota M., Musso E., Urbanek K., Leri A., Kajstura J., Nadal-Ginard B., Anversa P. Adult cardiac stem cells are multipotent and support myocardial regeneration // Cell. 2003. Vol. 114. № 6. P. 763–76.
- Smith R.R., Barile L., Cho H.C., Leppo M.K., Hare J.M., Messina E., Giacomello A., Abraham M.R., Marbán E. Regenerative potential of cardiosphere-derived cells expanded from percutaneous endomyocardial biopsy specimens // Circulation. 2007. Vol. 115. № 7. P. 896–908.
- Leri A., Kajstura J., Anversa P. Cardiac stem cells and mechanisms of myocardial regeneration // Physiol. Rev. 2005. Vol. 85. № 4. P. 1373–416.
- He J.Q., Vu D.M., Hunt G., Chugh A., Bhatnagar A., Bolli R. Human cardiac stem cells isolated from atrial appendages stably express c-kit // PLoS One. 2011. Vol. 6. № 11. P. e27719.
- Bolli R., Chugh A.R., D'Amario D., Loughran J.H., Stoddard M.F., Ikram S., Beache G.M., Wagner S.G., Leri A., Hosoda T., Sanada F., Elmore J.B., Goichberg P., Cappetta D., Solankhi N.K., Fahsah I., Rokosh D.G., Slaughter M.S., Kajstura J., Anversa P. Cardiac stem cells in patients with ischaemic cardiomyopathy (SCIPIO): initial results of a randomised phase 1 trial // Lancet. 2011. Vol. 378. № 9806. P. 1847–57.
- Makkar R.R., Smith R.R., Cheng K., Malliaras K., Thomson L.E., Berman D., Czer L.S., Marbán L., Mendizabal A., Johnston P.V., Russell S.D., Schuleri K.H., Lardo A.C., Gerstenblith G., Marbán E. Intracoronary cardiosphere-derived cells for heart regeneration after myocardial infarction (CADUCEUS): a prospective, randomised phase 1 trial // Lancet. 2012. Vol. 379. № 9819. P. 895–904.
- Malliaras K., Makkar R.R., Smith R.R., Cheng K., Wu E., Bonow R.O., Marbán L., Mendizabal A., Cingolani E., Johnston P.V., Gerstenblith G., Schuleri K.H., Lardo A.C., Marbán E. Intracoronary cardiosphere-derived cells after myocardial infarction: evidence of therapeutic regeneration in the final 1-year results of the CADUCEUS trial (CArdiosphere-Derived aUtologous stem CElls to reverse ventricUlar dySfunction) // J. Am. Coll. Cardiol. 2014. Vol. 63. № 2. P. 110–22.
- Chugh A.R., Beache G.M., Loughran J.H., Mewton N., Elmore J.B., Kajstura J., Pappas P., Tatooles A., Stoddard M.F., Lima J.A., Slaughter M.S., Anversa P., Bolli R. Administration of cardiac stem cells in patients with ischemic cardiomyopathy: the SCIPIO trial: surgical aspects and interim analysis of myocardial function and viability by magnetic resonance // Circulation. 2012. Vol. 126. № 11 (Suppl. 1). P. S54–64.
- Smits A.M., van Vliet P., Metz C.H., Korfage T., Sluijter J.P., Doevendans P.A., Goumans M.J. Human cardiomyocyte progenitor cells differentiate into functional mature cardiomyocytes: an in vitro model for studying human cardiac physiology and pathophysiology // Nat. Protoc. 2009. Vol. 4. № 2. P. 232–43.
- Andersen D.C., Andersen P., Schneider M., Jensen H.B., Sheikh S.P. Murine "cardiospheres" are not a source of stem cells with cardiomyogenic potential // Stem Cells. 2009. Vol. 27. № 7. P. 1571–81.
- Bolli R., Tang X.L., Sanganalmath S.K., Rimoldi O., Mosna F., Abdel-Latif A., Jneid H., Rota M., Leri A., Kajstura J. Intracoronary delivery of autologous cardiac stem cells improves cardiac function in a porcine model of chronic ischemic cardiomyopathy // Circulation. 2013. Vol. 128. № 2. P. 122–31.
- Keith M.C., Bolli R. "String theory" of c-kit(pos) cardiac cells: a new paradigm regarding the nature of these cells that may reconcile apparently discrepant results // Circ. Res. 2015. Vol. 116. № 7. P. 1216–30.
- van Berlo J.H., Kanisicak O., Maillet M., Vagnozzi R.J., Karch J., Lin S.C., Middleton R.C., Marbán E., Molkentin J.D. c-kit+ cells minimally contribute cardiomyocytes to the heart // Nature. 2014. Vol. 509. № 7500. P. 337–41.
- Messina E., De Angelis L., Frati G., Morrone S., Chimenti S., Fiordaliso F., Salio M., Battaglia M., Latronico M.V., Coletta M., Vivarelli E., Frati L., Cossu G., Giacomello A. Isolation and expansion of adult cardiac stem cells from human and murine heart // Circ. Res. 2004. Vol. 95. № 9. P. 911–21.
- Чепелева Е.В., Павлова С.В., Малахова А.А., Милевская Е.А., Русакова Я.Л., Подхватилина Н.А., Сергеевичев Д.С., Покушалов Е.А., Караськов А.М., Сухих Г.Т., Закиян С.М. Терапия хронического кардиосклероза у крыс линии WAG культурами кардиоваскулярных клеток, обогащенными стволовыми клетками сердца // КТБМ. 2015. № 3. С. 10.
- Бозо И.Я., Деев Р.В., Пинаев Г.П. «Фибробласт» – специали-зированная клетка или функциональное состояние клеток мезен-химного происхождения? // Цитология. 2010. Т. 52. № 2. С. 99–109.
- Соловьева А.О., Повещенко О.В., Повещенко А.Ф., Коненков В.И., Караськов А.М. Изучение миграции трансплантированных клеток костного мозга в ткань сердца // Патология кровообращения и кардиохирургия 2012. № 3. С. 75–78.
- Сергеевичев Д.С., Ларионов П.М., Субботин Д.В., Новрузов Р.Б., Кливер Е.Н., Караськов А.М. Молекулярный анализ экспрессии генов семейства VEGF в мононуклеарных клетках костного мозга человека после плеттинга // Патология кровообращения и кардиохирургия. 2010. № 1. С. 70–75.
- Ларионов П.М., Чернявский А.М., Бондарь В.Ю., Бочарова А.В., Субботин Д.В., Сергеевичев Д.С., Новрузов Р.Б., Караськов А.М. Регенерация перирубцовой зоны миокарда при комбинированной реваскуляризации (лазер плюс клетки) на модели хронической ишемической болезни сердца // Патология кровообращения и кардиохирургия. 2009. № 3. С. 83–85.
- Di Meglio F., Castaldo C., Nurzynska D., Romano V., Miraglia R., Bancone C., Langella G., Vosa C., Montagnani S. Epithelial-mesenchymal transition of epicardial mesothelium is a source of cardiac CD117-positive stem cells in adult human heart // J. Mol. Cell Cardiol. 2010. Vol. 49. № 5. P. 719–27.
- Nees S., Weiss D.R., Senftl A., Knott M., Förch S., Schnurr M., Weyrich P., Juchem G. Isolation, bulk cultivation, and characterization of coronary microvascular pericytes: the second most frequent myocardial cell type in vitro // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2012. Vol. 302. № 1. P. H69–84.
- Chen Y.T., Chang F.C., Wu C.F., Chou Y.H., Hsu H.L., Chiang W.C., Shen J., Chen Y.M., Wu K.D., Tsai T.J., Duffield J.S., Lin S.L. Platelet-derived growth factor receptor signaling activates pericyte-myofibroblast transition in obstructive and post-ischemic kidney fibrosis // Kidney Int. 2011. Vol. 80. № 11. P. 1170–81.
- Зорина А.И. Бозо И.Я., Зорин В.Л., Черкасов В.Р., Деев Р.В. Фибробласты дермы: особенности цитогенеза, цитофизиологии и возможности клинического применения // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2011. Т. 6. № 2. С. 15–26.
- Birbrair A., Zhang T., Wang Z.M., Messi M.L., Enikolopov G.N., Mintz A., Delbono O. Role of pericytes in skeletal muscle regeneration and fat accumulation // Stem Cells Dev. 2013. Vol. 22. № 16. P. 2298–314.