Betűméret: A A A

Sejtfiziológiai laboratórium


Rövid bemutatkozás

A laboratórium az őssejtes terápiákat tágabban vizsgáló Szövetépítő laboratórium kardiovaszkuláris rendszer felé elkötelezett kutatóiból alakult ki és vált önállóvá, és ennek megfelelően a szívizomzat károsodását követő folyamatok vizsgálatát tűzte ki célul. Elsődleges kutatási témája az iszkémia/reperfúziót követő károsodások csökkentése sejtalapú terápiák alkalmazásával.


Munkatársak

Laboratóriumvezető: Dr. Kiss Levente, PhD; adjunktus
Benkő Zsolt, MSc; PhD-hallgató
Bene Szilvia, orvostanhallgató
Csizmazia Ágnes, orvostanhallgató
Farkas Alexandra, orvostanhallgató
Udvarhelyi Anna, orvostanhallgató
Zolcsák Zita, orvostanhallgató

Fel


Kutatási témák

A miokardiális infarktus regeneratív terápiáját elemző legújabb klinikai vizsgálatok csalódást keltő eredményei aláhúzták a sejtalapú terápiák további fejlesztésének szükségességét [1-3]. Ezért a kutatások súlypontja visszatért a laboratóriumi kísérletekhez, és fő kutatási kérdéssé a felhasznált sejtek szívizomsejtekké differenciálódása, a hatásmechanizmus és a sejtek beépülésének és túlélésének elősegítése vált [4, 5].

A sejtalapú terápia hatásmechanizmusa kapcsán a parakrin faktorok, a transzdifferenciáció és a sejtfúzió a leggyakrabban felmerülő magyarázatok. Jelenleg a parakrin faktorok angiogenesist serkentő és az infarktust követő “remodeling”-et befolyásoló hatását tartják a legfontosabbnak [6]. A hatásmechanizmust illetően más hipotézisek is felmerültek mint pl. a sejt-sejt kapcsolatok során kialakuló részleges sejtfúzió, mely alatt a kapcsolódó sejtek membrándarabokat és sejtalkotókat cserélnek [7]. Olyan eredményeket is közöltek, melyek szerint egyes sejtek kis átmérőjű ún. “nanocsöveken” keresztül kommunikálnak egymással, es ezeken keresztül mitokondriumok kerülhetnek át egyik sejtből a másikba [8]. Annak a lehetősége is felmerült, hogy a nanocsöveken keresztül átkerülő mitokondriumok javítják a károsodott mitokondriummal rendelkező sejtek funkcióját [9]. Mivel a szívinfarktusban, az iszkémia-reperfúzió során a mitokondriumok funkciója károsodik [10], a mitokondriumok átjutása egy új lehetőséget jelenthet a terápia számára. Azonban egyelőre a folyamatosan változó nanocső-hálózat élettani/kórélettani szerepe nem tisztázott [11, 12]. Saját, in vitro szimulált iszkémia modellünkön alapuló eredményeink is azt mutatják, hogy a csontvelői mesenchymalis őssejtek képesek lehetnek javítani az iszkémia/reperfúzióval károsított szíveredetű sejtek túlélését [13].

A vizsgálatokban alkalmazandó sejttípus megválasztása is intenzív kutatások tárgya, ahol az embrionális őssejteket (ESC) és az indukált pluripotens őssejteket (IPS) övezik a legnagyobb várakozások [3]. Ennek ellenére a legtöbb vizsgálati eredmény csontvelői vagy zsírszövet eredetű mesenchymalis őssejtek használatával kapcsolatos [14, 15]. A hatékonyabb terápiához a felhasználni kívánt sejtek funkcionalitásának és túlélésének javítására is szükség van, amire számos lehetőség kínálkozik. A terápiásan alkalmazott sejtek hypoxiás prekondícionálása, különböző molekulákkal (poli(ADPribóz) polimeráz gátlók, H2S) való előkezelése mind-mind célravezető lehet [16, 17]. A poli(ADPribóz) polimerázzal kapcsolatban számos esetben kimutatást nyert, és saját eredményeim is alátámasztják, hogy szerepet játszik a kardiovaszkuláris betegségek patomechanizmusában [18-21]. A kénhidrogén (H2S) mint transzmitter az utóbbi évek vizsgálatai alapján fiziológiásan is jelen van a szervezetben, és kollaborációban végzett korábbi vizsgálataim alapján citoprotektív szerepet játszhat miokardiális infarktusban [22].

A sejtalapú terápiák másik fontos aspektusa a sejtek “homingjának”, azaz megfelelő helyen történő kitapadásának vizsgálata. Ezzel kapcsolatban a legfontosabb molekulák az integrinek és a szelektinek [23, 24]. Egy új, lamináris áramláson és videomikroszkópián alapuló módszer segítségével vizsgálható a sejtek adhéziós képessége és így azok homing képességére lehet következtetni [25, 26].

Az eddigiekben vázoltaknak megfelelően a laboratórium kutatási témái a következők:

(1) a sejt–sejt kapcsolatok szerepének vizsgálata iszkémiás károsodást szenvedett és terápiásan adott sejtek között;

(2) a terápiásan adott sejtek előkezelésével nyert lehetséges előnyös hatások felderítése;

(3) a terápiásan adott különböző sejtek homing mechanizmusában szerepet játszó adhéziós molekulák szerepének vizsgálata.

Irodalom:

  1. Abdel-Latif, A., et al., Adult bone marrow-derived cells for cardiac repair: a systematic review and meta-analysis. Arch Intern Med, 2007. 167(10): p. 989-97.
  2. Lipinski, M.J., et al., Impact of intracoronary cell therapy on left ventricular function in the setting of acute myocardial infarction: a collaborative systematic review and meta-analysis of controlled clinical trials. J Am Coll Cardiol, 2007. 50(18): p. 1761-7.
  3. Chavakis, E., M. Koyanagi, and S. Dimmeler, Enhancing the outcome of cell therapy for cardiac repair: progress from bench to bedside and back. Circulation. 121(2): p. 325-35.
  4. Dimmeler, S. and A.M. Zeiher, Cell therapy of acute myocardial infarction: open questions. Cardiology, 2009. 113(3): p. 155-60.
  5. Laflamme, M.A., et al., Cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells in pro-survival factors enhance function of infarcted rat hearts. Nat Biotechnol, 2007. 25(9): p. 1015-24.
  6. Sadat, S., et al., The cardioprotective effect of mesenchymal stem cells is mediated by IGF-I and VEGF. Biochem Biophys Res Commun, 2007. 363(3): p. 674-9.
  7. Driesen, R.B., et al., Partial cell fusion: a newly recognized type of communication between dedifferentiating cardiomyocytes and fibroblasts. Cardiovasc Res, 2005. 68(1): p. 37-46.
  8. Plotnikov, E.Y., et al., Cell-to-cell cross-talk between mesenchymal stem cells and cardiomyocytes in co-culture. J Cell Mol Med, 2008. 12(5A): p. 1622-31.
  9. Spees, J.L., et al., Mitochondrial transfer between cells can rescue aerobic respiration. Proc Natl Acad Sci U S A, 2006. 103(5): p. 1283-8.
  10. Chen, Q., et al., Modulation of electron transport protects cardiac mitochondria and decreases myocardial injury during ischemia and reperfusion. Am J Physiol Cell Physiol, 2007. 292(1): p. C137-47.
  11. Koyanagi, M., et al., Cell-to-cell connection of endothelial progenitor cells with cardiac myocytes by nanotubes: a novel mechanism for cell fate changes? Circ Res, 2005. 96(10): p. 1039-41.
  12. Onfelt, B., et al., Structurally distinct membrane nanotubes between human macrophages support long-distance vesicular traffic or surfing of bacteria. J Immunol, 2006. 177(12): p. 8476-83.
  13. Cselenyak, A., et al., Mesenchymal stem cells rescue cardiomyoblasts from cell death in an in vitro ischemia model via direct cell-to-cell connections. BMC Cell Biol. 11: p. 29.
  14. Orlic, D., et al., Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium. Nature, 2001. 410(6829): p. 701-5.
  15. Zuk, P.A., et al., Multilineage cells from human adipose tissue: implications for cell-based therapies. Tissue Eng, 2001. 7(2): p. 211-28.
  16. Pacher, P. and C. Szabo, Role of the peroxynitrite-poly(ADP-ribose) polymerase pathway in human disease. Am J Pathol, 2008. 173(1): p. 2-13.
  17. Kiss, L., E.A. Deitch, and C. Szabo, Hydrogen sulfide decreases adenosine triphosphate levels in aortic rings and leads to vasorelaxation via metabolic inhibition. Life Sci, 2008. 83(17-18): p. 589-94.
  18. Kiss, L. and C. Szabo, The pathogenesis of diabetic complications: the role of DNA injury and poly(ADP-ribose) polymerase activation in peroxynitrite-mediated cytotoxicity. Mem Inst Oswaldo Cruz, 2005. 100 Suppl 1: p. 29-37.
  19. Virag, L. and C. Szabo, The therapeutic potential of poly(ADP-ribose) polymerase inhibitors. Pharmacol Rev, 2002. 54(3): p. 375-429.
  20. Kiss, L., et al., Effects of 7-ketocholesterol on the activity of endothelial poly(ADP-ribose) polymerase and on endothelium-dependent relaxant function. Int J Mol Med, 2006. 18(6): p. 1113-7.
  21. Xiao, C.Y., et al., Poly(ADP-Ribose) polymerase promotes cardiac remodeling, contractile failure, and translocation of apoptosis-inducing factor in a murine experimental model of aortic banding and heart failure. J Pharmacol Exp Ther, 2005. 312(3): p. 891-8.
  22. Elrod, J.W., et al., Hydrogen sulfide attenuates myocardial ischemia-reperfusion injury by preservation of mitochondrial function. Proc Natl Acad Sci U S A, 2007. 104(39): p. 15560-5.
  23. Brummer, J., et al., cis Interaction of the cell adhesion molecule CEACAM1 with integrin beta(3). Am J Pathol, 2001. 159(2): p. 537-46.
  24. Oh, I.Y., et al., Involvement of E-selectin in recruitment of endothelial progenitor cells and angiogenesis in ischemic muscle. Blood, 2007. 110(12): p. 3891-9.
  25. Horst, A.K., et al., CEACAM1+ myeloid cells control angiogenesis in inflammation. Blood, 2009. 113(26): p. 6726-36.
  26. Schroder, C., et al., Expression and prognostic value of L1-CAM in breast cancer. Oncol Rep, 2009. 22(5): p. 1109-17.

Fel


Kutatási módszerek

Az in vitro vizsgálatokat szimulált iszkémia modellel, konfokális mikroszkóppal, áramlási citométerrel, valamint molekuláris biológiai módszerekkel végezzük H9c2 szíveredetű sejtek, csontvelői mesenchymalis őssejtek és zsírszövet eredetű őssejtek használatával. Vizsgálataink további kiterjesztéseként további, humán eredetű sejtvonalakkal (humán szívizomsejt, humán csontvelői és zsírszövet eredetű mesenchymalis őssejtek) is tervezzük elvégezni a kísérleteket.

Fel


Válogatott közlemények

  1. Dongó E, Hornyák I, Benkő Z, Kiss L: The cardioprotective potential of hydrogen sulfide in myocardial ischemia/reperfusion injury. Acta Physiol Hung., 2011 Volume 98 (4), pp. 369-381 (IF: 1,226)
  2. Pankotai E, Cselenyák A, Rátosi O, Lőrincz J, Kiss L, Lacza Z: The role of mitochondria in direct cell-to-cell connection dependent rescue of postischemic cardiomyoblasts. Mitochondrion, doi:10.1016/j.mito.2011.09.008,(IF: 3,238)
  3. Cselenyák A, Benkő Z, Szepes M, Kiss L, Lacza Z: Stem cell transplantation in an in vitro simulated ischemia/reperfusion model. Journal of Visualized Experiments, URL: http://www.jove.com/details.php?id=3575 DOI: 10.3791/3575 (IF (SJR): 0,583)
  4. Kiss L, Benkő R, Kovács E, Szerafin T, Módis K, Szabó C, Lacza Z: Human internal thoracic artery grafts exhibit severe morphological and functional damage and spasmic vasomotion due to oxidative stress. Med Sci Monit. 2011 Jul;17(7):CR411-416. (IF: 1,699)
  5. Cselenyák A, Pankotai E, Horváth EM, Kiss L, Lacza Z: Mesenchymal stem cells rescue cardiomyoblasts from cell death in an in vitro ischemia model via direct cell-to-cell connections. BMC Cell Biology 2010 Apr 20; 11:29 (IF: 2,464)
  6. Esechie A, Kiss L, Olah G, Horváth EM, Hawkins H, Szabo C, Traber DL: Protective effect of hydrogen sulfide in a murine model of combined burn and smoke inhalation-induced acute lung injury. Clin Sci (Lond). 2008 Aug;115(3):91-7. (IF: 4,187)
  7. Kiss L, Deitch EA, Szabó Cs: Hydrogen sulfide decreases adenosine triphosphate levels in aortic rings and leads to vasorelaxation via metabolic inhibition. Life Sci., 2008, Oct 24;83(17-18):589-94. (IF: 2,583)
  8. Elrod JW, Calvert JW, Morrison J, Doeller JE, Kraus DW, Tao L, Jiao X, Scalia R, Kiss L, Szabo C, Kimura H, Chow CW, Lefer DJ.: Hydrogen sulfide attenuates myocardial ischemia-reperfusion injury by preservation of mitochondrial function. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007 Sep 25;104(39):15560-5. (IF: 9,598)
  9. Levente Kiss, Min Chen, Domokos Gerő, Katalin Módis, Zsombor Lacza, Csaba Szabó: Effects of 7-ketocholesterol on the activity of endothelial poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) and on endothelium-dependent relaxant function. International Journal of Molecular Medicine, 2006 Dec; 18(6):1113-7. (IF: 1,854)
  10. Chun-Yang Xiao, Min Chen, Zsuzsanna Zsengellér, Hongshan Li, Levente Kiss, Márk Kollai, M.D and Csaba Szabó.: Poly (ADP-ribose) polymerase promotes cardiac remodeling, contractile failure and translocation of apoptosis-inducing factor in a murine experimental model of aortic banding and heart failure. The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 2005 Mar; 312(3):891-8. (IF: 4,098)
  11. Levente Kiss, Csaba Szabó: The pathogenesis of diabetic complications: the role of DNA injury and poly(ADP-ribose) polymerase activation in peroxynitrit-mediated cytotoxicity. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz, 2005 Mar;100 Suppl 1:29-37 (IF: 0,847)

Fel


Kutatási támogatások

PD-OTKA 83803 A szív sejtalapú terápiájának mechanizmusa és hatékonyságának fokozása: a sejt–sejt kapcsolatok, a homing és az előkezelés szerepe.

Futamidő: A kutatás kezdete: 2010. 11. 01.

A befejezés határideje: 2013. 10. 31.

Támogatási összeg:

A pályázat futamideje alatt 13 211 ezer Ft

Fel


Kutatási együttműködések

Hazai:

Dr. Horváth Eszter (Semmelweis Egyetem, Klinikai Kísérleti Kutató- és Humán Élettani Intézet)

  • A hiperbárikus oxigén terápia (HBOT) hatása a diabétesz mellitusz és szövődményeinek patogenezisére, valamint az oxidatív-nitrozatív stressz állapotára.
  • Az oxidatív és nitrozatív folyamatok szerepe a kardiovaszkuláris rendszer patológiás állapotaiban, különös tekintettel a cannabinoidok befolyására.

Nemzetközi:

  • Prof. Dr. Udo Schumacher (Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Zentrum für Experimentelle Medizin, Institut für Anatomie II, Hamburg, Németország): A terápiásan adott különböző sejtek homing mechanizmusában szerepet játszó adhéziós molekulák szerepének vizsgálata.
  • Prof. Dr. Charles Murry (University of Washington, Department of Pathology, Seattle, Egyesült Államok): A sejt–sejt kapcsolatok szerepének vizsgálata iszkémiás károsodást szenvedett és terápiásan adott sejtek között

Fel