Intrakoronare, humane autologe Stammzelltransplantation zur Myokardregeneration nach Herzinfarkt

Hintergrund: Das regenerative Potential humaner autologer adulter Stammzellen auf die Kardiomyogenese und Angiogenese nach Herzinfarkt könnte zur Infarktheilung beitragen, ist allerdings klinisch nicht untersucht.

Vorgeschichte und Befund: Ein 46-jähriger Patient wurde 14 Stunden nach Einsetzen von linksthorakalen Schmerzen zur invasiven Diagnostik und Therapie zugewiesen. Die Herzkatheteruntersuchung zeigte einen Verschluss des Ramus interventricularis anterior der linken Kranzarterie, der durch Ballondilataion und Stentimplantation behandelt wurde. Wir haben erstmals die Indikation zur intrakoronaren Transplantation humaner autologer Stammzellen gestellt.

Therapie und Ergebnis: Mononukleäre Knochenmarkzellen des Patienten wurden präpariert und 6 Tage nach transmuralem Vorderwandinfarkt selektiv über die rekanalisierte Infarktarterie in das Infarktgebiet während Niedrig-Druck-Ballondilatation (PTCA) transplantiert (1,2×10⁷ Zellen, 10 ml). Vorher sowie 10 Wochen danach wurden die Auswirkungen der Stammzelltransplantation auf Ventrikelfunktion, Infarktgröße, Ventrikelgeometrie und Myokardperfusion unter Ruhe- und Belastungsbedingungen untersucht. Angewendet wurden: ²⁰¹Thallium-SPECT, mit „Bull’s-eye”-Analyse, Dobutamin-Stressechokardiographie, Rechtsherzkatheter und Radionuklidventrikulographie 10 Wochen nach Stammzelltransplantation kam es zu einer deutlichen Verkleinerung der transmuralen Infarktnarbe mit Abnahme der Infarktgröße von 24,6 % auf 15,7 % der linksventrikulären Zirkumferenz, zu einer Zunahme von Auswurffraktion, Herzindex und Schlagindex zwischen 20 - 30 %, zu einer Abnahme des enddiastolischen Volumens unter Belastung um 30 % und zu einer quantitativ vergleichbaren Abnahme des linksventrikulären Füllungsdruckes (mittlerer Pulmonalkapillardruck, PC).

Folgerung: Die Ergebnisse zeigen erstmals, dass die humane autologe, adulte Stammzelltransplantation mittels selektiver Herzkathetertechniken klinisch möglich und nutzbar ist und zur Regeneration der Narbe nach transmuralem Herzinfarkt führt. Ursächlich sind eine Stammzellen-assoziierte Kardiomyo- und Angioneogenese anzunehmen.

Myocardial regeneration after intracoronary transplantation of human autologous stem cells following acute myocardial infarction

Objektive: The regenerative potential of human autologous adult stem cells on myocardial regeneration and neovascularisation after myocardial infarction may contribute to healing of the infarction area. But no clinical application has previously been reported. We here describe for the first time the results of this method applied in a patient who had sustained an acute myocardial infarction.

History and clinical findings: 14 hours after the onset of left precordial pain a 46-year-old man was admitted to our hospital for interventional diagnosis and treatment. Coronary angiography demonstrated occlusion of the anterior descending branch of the left coronary artery with transmural infarction. This was treated by percutaneous transluminal catheter angioplasty and stent placement.

Therapy and results: Mononuclear bone marrow cells of the patient were prepared and 6 days after infaction 1,2×10⁷ cells were transplanted at low pressure via a percutaneous transluminal catheter placed in the infarct-related artery. Before and 10 weeks after this procedure left ventricular function, infarct size, ventricular geometry and myocardial perfusion were measured by ²⁰¹thallium SPECT both at rest and on exercise, together with bull’s-eye analysis, dobutamine stress echocardiography, right heart catheterisation and radionuclide ventriculography. At 10 weeks after the stem cell transplantation the transmural infarct area had been reduced from 24.6 % to 15.7 % of left ventricular circumference, while ejection fraction, cardiac index and stroke volume had increased by 20-30 %. On exercise the enddiastolic volume had decreased by 30 % and there was a comparable fall in left ventricular filling pressure (mean pulmonary capillary pressure).

Conclusion: These results for the first time demonstrate that selective intracoronary transplantation of human autologous adult stem cells is possible under clinical conditions and that it can lead to regeneration of the myocardial scar after transmural infarction. The therapeutic effects may be ascribed to stem cell-associated myocardial regeneration and neovascularisation.

Literatur

• 1 Asahara T, Masuda H, Takahashi T, Kalka C, Pastore C, Silve M, Kearne M, Magner M, Isner J M. Bone marrow origin of endothelial progenitor cells responsible for postnatal vasculogenesis in physiological and pathological neovascularization.  Circulation Res. 1999;  85 221-228
• 2 Bolognese L, Cerisamo G, Buonamici P, Santini H, Santoro G M, Antoniacci D, Fazzini P F. Influence of infarctzone viability on left ventricular remodeling after acute myocardial infarction.  Circulation. 1997;  96 3353-3359
• 3 Christian T F, Schwartz R S, Gibbons R J. eterminants of infarct size in reperfusion therapy for acute myocardial infarction.  Circulation. 1992;  86 81-90
• 4 Kawamoto A, Gwon H C, Iwaguro H, Yamaguchi J I, Uchida S, Masuda H, Silver M, Ma H, Kearney M, Isner J M, Asahara T. Therpeutic potential of ex vivo expanded endothelial progenitor cells for myocardial ischemia.  Circulation. 2001;  103 634-637
• 5 Kelm M, Strauer B E. Interventionelle Therapie des akutenMyokardinfarktes.  Internist. 2001;  42 686-698
• 6 Kessler P D, Byrne B J. Myoblast cell grafting into heart muscle: cellular biology and potential applications.  Annu Rev Physiol. 1999;  61 243-282
• 7 Kocher A A, Schuster M D, Szaboks M J, Takuma S, Burkhoff D, Wang J, Homma S, Edwards N M, Itescu S. Neovascularisation of ischemic myocardium by human bone-marrow-derived angioblasts prevents cardiomyocyte apoptosis, reduces remodeling and improves cardiac function.  Nature. 2001;  7 430-436
• 8 Kögler G, Callejas J, Sorg R V, Fischer J, Migliaccio H R, Wernet P. The effect of different thawing methods, growth factor combinations and media on the ex vivo expansion of umbilical cord blood primitive and committed progenitors.  Bone Marrow Transplant. 1998;  21 233-241
• 9 Martin B J, Shake J G, Brawn J, Rehmond M, Pittenga M F. Mesen-chymal stem cell (MSC) implantation improves regional function in infarcted swine myocardium.  Circulation. 2000;  102 abstr 3299
• 10 Menasché O, Hagege A A, Scorsin N, Pouzet B, Desnos N, Duboc D, Schwartz K l, Vilquin J T, Marolleau J P. Myoblast transplantation for heart failure.  Lancet. 2001;  357 279-280
• 11 Orlic D, Kajstura J, Chimenti S, Jakoniuk I, Anderson S M, Li B, Pickel J, Mc Kay R, Nadal-Ginard B, Bodine D M, Leri N, Anversa P. Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium.  Nature. 2001;  410 702-705
• 12 Shintani S, Murohara T, Ikeda H, Ueno T, Honma T, Katoh A, Sasaki K, Shimada T, Oike Y, Imaizumi T. Mobilisation of endothelial progenitor cells in patients with acute myocardial infarction.  Circulation. 2001;  103 2776-2779
• 13 Sechtem U. Imaging myocardial area at rest and final infarct size.  Europ Heart J. 2001;  Supp C, 3 C 36-C 46
• 14 Sussman M. Cardiovascular biology: hearts and bones.  Nature. 2001;  410 640-641
• 15 Strauer B E, Heidland U F, Heintzen M P, Schwartzkopff B. Pharmacologic myocardial protection during percutaneous transluminal coronary angioplasty by intracoronary application of dipyridmole: impact on hemodymmic function and left ventricular performance.  J Am Coll Cardiol. 1996;  28 1119-1126
• 16 Tomita S, Li R K, Weisel R D, Mickle D A, Kim E F, Sakai T, Jia F Q. Autologous tranplantation of bone marrow cells improves damaged heart function.  Circulation. 1999;  100 247-256
• 17 Wang J S, Sham-Tim D, Chedrany E, Eliopoulos N, Selipean J, Chin R CJ. Marrow stromal cells for cellular cardiomyoblasty: the importance of microenviromment for milieu dependent differentiation.  Circulation. 2000;  102 abstr 3300

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