The Role of Exosomes in Mesenchymal Stem Cell-Mediated Enhancement of Cardiac Contractility
外泌体在间充质干细胞介导的心脏收缩力增强中的作用
基本信息
- 批准号:9396770
- 负责人:
- 金额:$ 4.17万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-08-18 至 2021-08-17
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Activities of Daily LivingAddressApoptoticBiochemistryBiological AssayCa(2+)-Transporting ATPaseCardiacCardiac MyocytesCardiovascular DiseasesCellsCellular biologyClinicalClinical TrialsCouplingDataDilated CardiomyopathyDimensionsDiseaseElectrophysiology (science)Endoplasmic ReticulumEngineeringFibrosisFoundationsFutureGene ExpressionGeneticHeartHeart failureHumanHuman EngineeringIn VitroIon ChannelL-Type Calcium ChannelsLeadMediatingMediator of activation proteinMesenchymal Stem CellsMicroRNAsMolecularMotivationMyocardiumNational Heart, Lung, and Blood InstituteOutputParacrine CommunicationPatientsPerformancePhysiciansPlayPreparationPumpRecoveryResearchRiskRoleScientistSignal TransductionSolidSystems BiologyTestingTissue EngineeringTissue ModelTissuesTrainingTransplantationUnited States National Institutes of Healthangiogenesiscareercoronary fibrosisdesignexosomehuman stem cellsimmunoregulationimprovedin vitro Modelinhibitor/antagonistinnovationinsightinterestmRNA Expressionmathematical modelmultidisciplinarymutantnanoparticlenon-geneticnovelparacrinephospholambanrepairedstem cell biology
项目摘要
PROJECT SUMMARY
An emerging therapy for non-ischemic cardiomyopathy involves the delivery of human mesenchymal stem
cells (hMSCs). Clinical trials document modest benefits on cardiac contractility, underscoring a need to better
understand and exploit the underlying mechanisms governing hMSCs-cardiomyocyte (hCMs) interactome.
Recent studies on hMSC-mediated heart therapies demonstrated that paracrine signaling—via secreted
factors—is a crucial mediator of reduced cardiac fibrosis and enhanced angiogenesis. Moreover, hMSC
paracrine factors have been shown to impact contractility by altering cardiomyocyte ion channel/pump activity.
However, these findings fail to identify the key components of the hMSC secretome for enhancing contractility.
We propose utilizing three-dimensional human engineered cardiac tissues (hECTs) as an in vitro model to
investigate the role of hMSC exosomes in enhancement of cardiac contractility.
Our lab recently discovered that hMSCs enhance hECT contractile force predominantly through paracrine
signaling, counteracting adverse risks of hMSC-hCM heterocellular coupling. Importantly, we discovered that
the exosomal component of the hMSC secretome is necessary and sufficient for hMSC-paracrine mediated
enhancement of hECT contractility. Furthermore, by utilizing a systems biology approach and integrating hECT
contractile function results with exosomal miRNA data, we predicted exosomal miRNA-21 as a lead candidate
responsible for the favorable contractile effects of hMSC paracrine signaling. We later validated with qPCR that
miRNA-21 levels are increased in hECTs supplemented with hMSC exosomes and hMSC total conditioned
media relative to control, motivating our central hypothesis that exosomal miRNA-21 plays a key role in hMSC
paracrine-mediated enhancement of human engineered cardiac tissue contractile performance.
In testing this hypothesis, I will directly address an NHLBI topic of special interest (HL-142) by studying the
role of exosomes as paracrine mediators in cardiovascular disease. In Aim 1, I will identify the role of
exosomal miRNA-21 in hMSC-mediated enhancement of hECT contractility by: 1) treating hECTs with
exosomes derived from hMSCs with miRNA-21 inhibitor (Sub-aim 1A); and 2) formulated lipidoid nanoparticle
delivery of miRNA-21 mimic into hECTs (Sub-aim 1B). In Aim 2, I will test the role of hMSC exosomes on
recovery of contractility using in vitro hECT models of acquired (Sub-aim 2A) and genetic (Sub-aim 2B) non-
ischemic heart failure.
Overall, the project is designed to frame the research within a clinical context, and provide a rigorous multi-
disciplinary training in tissue engineering, systems biology, electrophysiology, stem cell biology, and
biochemistry as a solid foundation on which to build my career as a future physician-scientist.
项目概要
一种治疗非缺血性心肌病的新兴疗法涉及人类间充质干细胞的输送
细胞(hMSC)的临床试验证明对心肌收缩力有一定的益处,强调需要更好的方法。
了解和利用控制 hMSCs-心肌细胞 (hCM) 相互作用的潜在机制。
最近对 hMSC 介导的心脏治疗的研究表明,旁分泌信号传导——通过分泌
因子——是减少心脏纤维化和增强血管生成的重要介质。
旁分泌因子已被证明通过改变心肌细胞离子通道/泵活性来影响收缩力。
然而,这些发现未能确定 hMSC 分泌蛋白组增强收缩力的关键成分。
我们建议利用三维人体工程心脏组织(hECT)作为体外模型
研究 hMSC 外泌体在增强心肌收缩力中的作用。
我们实验室最近发现 hMSC 主要通过旁分泌增强 hECT 收缩力
重要的是,我们发现,hMSC-hCM 异细胞偶联的不利风险。
hMSC 分泌组的外泌体成分对于 hMSC 旁分泌介导的作用是必要且充分的
此外,通过利用系统生物学方法并整合 hECT 来增强 hECT 收缩性。
根据外泌体 miRNA 数据的收缩功能结果,我们预测外泌体 miRNA-21 作为主要候选者
我们后来通过 qPCR 验证了这一点。
补充 hMSC 外泌体和 hMSC 总条件化的 hECT 中 miRNA-21 水平增加
培养基相对于对照,激发了我们的中心假设:外泌体 miRNA-21 在 hMSC 中发挥关键作用
旁分泌介导的人类工程心脏组织收缩性能的增强。
在检验这一假设时,我将通过研究以下内容直接解决 NHLBI 特别感兴趣的主题 (HL-142)
外泌体作为旁分泌介质在心血管疾病中的作用。在目标 1 中,我将确定外泌体的作用。
外泌体 miRNA-21 在 hMSC 介导的 hECT 收缩性增强中的作用:1)用
源自 hMSC 的外泌体与 miRNA-21 抑制剂(子目标 1A)和 2) 配制的类脂质纳米颗粒;
将 miRNA-21 模拟物递送至 hECT(子目标 1B) 在目标 2 中,我将测试 hMSC 外泌体的作用。
使用获得性(子目标 2A)和遗传性(子目标 2B)非体外 hECT 模型恢复收缩力
缺血性心力衰竭。
总体而言,该项目旨在在临床背景下框架研究,并提供严格的多方面研究
组织工程、系统生物学、电生理学、干细胞生物学等学科培训
生物化学为我未来成为一名医生科学家的职业生涯奠定了坚实的基础。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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