Hypoxia influence on cytoprotective properties of extracellular vesicles obtained from human induced pluripotent stem cells on human cardiomyocytes in the in vitro model of myocardial infarction

Choroba wieńcowa i związany z nią zawał serca pozostają nadal jedną z głównych przyczyn śmiertelności na świecie. Obecnie wykorzystywana metoda leczenia, czyli reperfuzja naczyń krwionośnych, przywraca ich drożność, jednak prowadzi do wystąpienia uszkodzeń niedokrwienno-reperfuzyjnych, które paradoksalnie odpowiadają za jeszcze większy defekt mięśnia sercowego i powstania tkanki bliznowatej w miejscu uszkodzenia.Celem przeprowadzonych badań było stworzenie modelu zawału serca in vitro oraz zbadanie efektów cytoprotekcyjnych mikropęcherzyków zewnątrzkomórkowych (ang. extracellularvesicles; EVs) wyizolowanych z ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (ang. human induced pluripotent stem cells; hiPSCs), hodowanych w warunkach różnego stężenia tlenu na kardiomiocyty. Komórki zostały uzyskane poprzez różnicowanie komórek iPS, a efektywność procesu została sprawdzona poprzez badanie ekspresji genów charakterystycznych dla kardiomiocytów. Efekt cytoprotekcyjny badano w komórkach poddanych procesom hipoksji i reoksygenacji, a następnie potraktowanych przez EVs. Przeprowadzono analizę aktywności kinaz AMPK, AKT i MAPK oraz ekspresji genów zaangażowanych w procesy przeżycia komórek.W eksperymencie zaobserwowano wzrost aktywności badanych kinaz oraz wpływ EVs na ekspresję genów aktywowanych w odpowiedzi na stres oksydacyjny, regulujących apoptozę, cykl komórkowy oraz typowych dla kardiomiocytów. Uzyskane wyniki wskazują na efekt cytoprotekcyjny, wywierany przez iPS-EVs na kardiomicyty w modelu zawału serca in vitro. Wyodrębniono również mikropęcherzyki zewnątrzkomórkowe o największym potencjalne protekcyjnym względem komórek serca, jednak w celu dokładnego zbadania ich efektów niezbędne są dalsze, dokładniejsze analizy.

Coronary artery disease and related myocardial infarction still remain a major cause of mortality. The most common treatment- blood vessels reperfusion, restores their patency. However it leads to ischemia-reperfusion injury, the main cause of heart's defect and formation of scar tissue.The aim of this study was to create an in vitro model of ischemia-reperfusion injury and to determine cytoprotective effect of extracellular vesicles (EVs) delivered from from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) cultured in different oxygen concentrations on cardiomyocytes. The cells were generated by differetation of iPSCs. Efficiency of the procedure was measured by the expression of genes typical for cardiomyocytes. The cytoprotective effect of iPS-delivered EVs on cardiomyocytes subjected to hypoxia-reoxygenation, was evaluated by measurement of the activity of specific kinases and the expression of genes responsible for cells survival.Results obtained in this study indicate the positive effect iPS-delivered EVs on cardiomyocytes in in vitro hypoxia-reperfusion injury model. They also allowed to identify EVs with the highest cytoprotective potential, however these results require further, more precise investigation.