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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.5.2016.tde-04112016-143359
Document
Author
Full name
Camila Zogbi Nogueira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Krieger, Jose Eduardo (President)
Crisma, Amanda Rabello
Caldini, Elia Tamaso Espin Garcia
Curi, Rui
Harmsen, Martin Conrad
Title in Portuguese
Caracterização morfológica e molecular da regeneração cardíaca em ratos neonatos submetidos à ressecção apical
Keywords in Portuguese
Imagem por ressonância magnética
Inflamação
Miócitos cardíacos
Ratos
Recém-nascido
Regeneração
Abstract in Portuguese
A substituição de cardiomiócitos na vida pós-natal tem sido um dos maiores desafios da medicina regenerativa. O conceito de que os cardiomiócitos proliferam ativamente durante o desenvolvimento, mas perdem completamente esse potencial logo após o nascimento, foi recentemente questionado quando as primeiras evidências mostraram a existência de mecanismos endógenos de regeneração cardíaca em camundongos com um dia de vida. Nós avaliamos esse fenômeno em ratos de um dia de vida (P1) e investigamos o impacto da regeneração inicial na perfusão tecidual em longo prazo e a função cardíaca global em resposta ao stress. A homogeneidade da cirurgia de ressecção apical foi comprovada através do exame de ressonância magnética (MRI) e demonstramos que os ratos P1 apresentaram evidências de neoformação de cardiomiócitos a partir da marcação de Troponina I e Conexina 43 na àrea da lesão 21 dias após a cirurgia de ressecção, enquanto os ratos de sete dias de idade (P7) apresentaram a substituição do tecido principalmente por deposição de colágeno. De maneira interessate, as células recém-formadas apresentaram uma aparente falta de alinhamento uniforme nos ratos P1, e a hipoperfusão do tecido cardíaco foi detectada para ambos os grupos de pós-ressecção 21 e aos 60 dias do exame de SPECT. A função cardíaca basal direta aos 60 dias apresentou-se preservada em todos os grupos, enquanto sob estresse hemodinâmico, o grau de mudança na LVDEP, Volume Sitólico e Trabalho Sistólico indicaram função cardíaca diminuída nos ratos P7. Além disso, a relação pressão-volume diastólica final e o aumento da deposição de colágeno intersticial no P7 são consistentes com o aumento da rigidez da câmara. Coletivamente, nós mostramos que o potencial regenerativo com ausência de remodelamento cardíaco adverso é restrito aos ratos P1. Em seguida, procurou-se avaliar os mecanismos moleculares que regulam esse fenômeno através da combinação de ferramentas exploratórias. Embora tenha sido descrito anteriormente que o sistema imunológico não é totalmente maduro ao nascimento, o sequenciamento do RNA total de corações de ratos sham-operados, P1 e P7 mostrou que o procedimento cirúrgico foi suficiente para ativar algumas vias ligadas à resposta inflamatória e considerando as subpopulações de macrófagos pró (M1) e anti-inflamatórios (M2), sugerimos que o perfil de macrófagos anti-inflamatórios (M2) infiltrados no coração de ratos P1 são diferentes das células adultas pró-fibróticas regulares. Os meios condicionados M1 e M2 elevaram a taxa de proliferação de cardiomiócitos em condições de normóxia, mas somente o M2 apresentou resposta proliferativa em hipóxia e preveniu a diferenciação-induzida de fibroblastos cardíacos por menor expressão ?SMA. Por membranas array de citocinas, 15 citocinas apresentaram-se comuns aos dois meios condicionados, mas apenas 4 citocinas, sendo elas IL-4, IL-1?, IL-6 e Fractalkine, foram exclusivas ao meio condicionado M2, e que poderiam ser possíveis candidatos aos efeitos regenerativos encontrados. Nesse sentido, experimentos futuros fazem-se necessários a fim de explorar os efeitos dessas citocinas e desenvolver novas estratégias terapêuticas
Title in English
Heart regeneration after apex resection in rats: morphologic and molecular characterization
Keywords in English
Infant newborn
Inflammation
Macrophages
Magnetic resonance imaging
Myocytes cardiac
Rats
Regeneration
Abstract in English
The replacement of cardiomyocytes in postnatal life has proven to be one of the biggest challenges in regenerative medicine. The concept that cardiomyocytes proliferate actively during development but cease completely right after birth has been recently questioned when first evidences showed the existence of endogenous mechanisms of cardiac regeneration in one-day-old mice. We sought to evaluate this phenomenon in one-day-old rats (P1) and to assess the impact of the early regenerative process on long-term tissue perfusion and overall cardiac function in response to stress. We confirmed the successful apical resection surgery through magnetic resonance imaging (MRI) and that P1 heart was associated with evidence of cardiomyocytes neoformation as indicated by Troponin I and Connexin 43 expression at 21 days postresection, while in seven-day-old rats (P7) mainly scar tissue replacement ensued. Interestingly, there was an apparent lack of uniform alignment of newly formed cells in P1, and cardiac tissue hypoperfusion has been detected for both groups at 21 postresection and at 60 days through SPECT scanning. Direct basal cardiac function at 60 days, was preserved in all groups, whereas under hemodynamic stress the degree of change on LVDEP, Stroke Volume and Stroke Work indicated diminished overall cardiac function in P7. Furthermore, the End-Diastolic Pressure-Volume relationship and increased interstitial collagen deposition in P7 is consistent with increased chamber stiffness. Collectively, we showed that regenerative potential with slight collagen deposition is restricted to P1 rats. Then we sought to evaluate the molecular mechanisms that regulate this phenomenon through explorative tools. Although it has been previously described that the immune system is not fully mature at birth, total RNA sequenced from sham-operated, P1 and P7 heart rats showed that surgery is sufficient to activate inflammatory pathways, and considering pro (M1) and anti-inflammatory (M2) macrophages subpopulations, we suggested that invaded macrophages in resected P1 hearts are different from the traditional pro-fibrotic M2-like adult cells. Conditioned M1 and M2 medium elevated cardiomyocytes proliferative rate under basal conditions, but only M2 produced the same effect in cardiomyocytes under hypoxia and prevented myofibroblasts-induced differentiation through ?SMA intensity expression. Membrane array for cytokines showed 15 common cytokines for both M1 and M2 conditioned medium, but only 4, as IL-4, IL-1?, IL-6 and Fractalkine, were M2 exclusive and possible candidates to the regenerative potential. Additional experiments are needed to further explore these cytokines and to maybe develop new therapeutic strategies
 
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Publishing Date
2016-11-07
 
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