Cardiac Revascularization with Direct Reprogramming Approaches
通过直接重编程方法进行心脏血运重建
基本信息
- 批准号:9903989
- 负责人:
- 金额:$ 46.31万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-02-12 至 2024-01-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Adenovirus VectorAdultAmericanAnimalsAreaBiocompatible MaterialsBiologicalBiomedical EngineeringBlood VesselsBone MarrowCardiacCardiac MyocytesCardiovascular DiseasesCell LineageCell SurvivalCell TherapyCell TransplantationCellsClinicalCoronary ArteriosclerosisDiseaseDisease modelEchocardiographyEmbryoEncapsulatedEndothelial CellsEndotheliumEngineeringEthicsFamilyFibroblastsFunctional disorderGelGenerationsGenesGenomicsGoalsGrowthHeartHepatocyteHistologicHumanImpairmentInjectionsInsertion MutationLentivirus VectorMagnetic Resonance ImagingMedicalModelingMolecularMorbidity - disease rateMusMyocardial IschemiaNeuronsNitric OxideOperative Surgical ProceduresPatientsPeptidesPlayPopulationProblem SolvingResearchRiskRodentRoleSomatic CellTechnologyTherapeuticTherapeutic EffectTimeTissue EngineeringTissuesVariantVascularizationbaseblood vessel developmentcardiac regenerationcell typeclinical applicationclinical developmentclinical translationcostdesignheart functionimprovedin vivoinduced pluripotent stem cellmembermicroCTmortalityneovascularizationnext generationnovelnovel strategiesoverexpressionpostnatal humanregenerative therapyside effectsuccesstranscription factortumorvector
项目摘要
Project Summary
Ischemic heart diseases are the leading cause of morbidity and mortality. The underlying problems of these
diseases are loss or dysfunction of blood vessels and insufficient new vessel formation. While cell therapy has
emerged as a promising option to promote blood vessel growth, no therapy is yet clinically available and there
is much room for improvement. The potential of bone marrow (BM)-derived cells turned out to be minimal9, and
embryonic or induced pluripotent stem cell (ESC/iPSC)-derived ECs are difficult to maintain, costly to produce,
and may cause side effects. To avoid these problems, a new approach, called direct reprogramming or direct
conversion has been developed, in which somatic cells are converted into other lineage cells by overexpression
of lineage- or cell-type specific transcription factors (TFs). This approach allows simpler and safer target cell
generation and has the potential for more convenient clinical translation. We have attempted this direct
reprogramming toward ECs using combinations of seven endothelial-related TFs and demonstrated for the first
time that ETV2 alone is sufficient to convert human fibroblasts into ECs. However, since we used a lentiviral
vector like others, these rECs have restrictions in clinical applicability.
The direct EC reprogramming approach for therapy has two options: cell therapy or direct in vivo reprogramming.
For clinical application, both require a safer delivery vector to minimize the possibility of genomic integration.
Thus, we developed an adenoviral-ETV2 (Ad-ETV2) vector. Another important obstacle for cell therapy is short-
term survival of the transplanted cells. To overcome this problem, we have investigated the potential of
biomaterial for prolongation of the cell survival and therapeutic effects. We recently showed that peptide
amphiphile (PA) nanomatrix gel is very effective, extending survival of human iPSC-derived ECs longer than 10
months and inducing continuous vessel formation in vivo.
In this study, first, we will first develop cell-based therapy. We will generate clinically compatible rECs from
human fibroblasts and generate an optimal PA construct combining these rECs with various types of PA
nanomatrix gel including a newly developed nitric oxide (NO)-releasing PA. We will then determine the
vascularization and therapeutic effects of the selected rEC-PA nanomatrix constructs on rodent ischemic heart
disease models. Second, we will investigate whether direct delivery of Ad-ETV2 into cardiac ischemia models
can directly reprogram fibroblasts into functional endothelial cells and induce vascularization in vivo. We will use
genetically modified mice to track the fate of fibroblasts toward ECs in vivo. The goal of this project is to develop
clinically applicable cardiac revascularization strategy using a novel direct reprogramming approach combined
with tissue engineering technologies. If successful, this study will provide next-generation platforms for broad
areas of research and therapy for ischemic heart diseases.
项目概要
缺血性心脏病是发病和死亡的主要原因。这些问题的根本问题
疾病是血管损失或功能障碍以及新血管形成不足。虽然细胞疗法已
成为促进血管生长的一种有前途的选择,但临床上尚无可用的治疗方法
有很大的改进空间。骨髓(BM)来源的细胞的潜力被证明是最小的9,并且
胚胎或诱导多能干细胞 (ESC/iPSC) 衍生的 EC 难以维持、生产成本昂贵、
并可能引起副作用。为了避免这些问题,一种新方法被称为直接重编程或直接
已经开发出转化,其中体细胞通过过度表达转化为其他谱系细胞
谱系或细胞类型特异性转录因子 (TF)。这种方法允许更简单、更安全的靶细胞
生成并具有更方便的临床转化的潜力。我们已经尝试过这种直接
使用七种内皮相关转录因子的组合对 EC 进行重编程,并首次得到证实
单独使用 ETV2 就足以将人成纤维细胞转化为 EC 的时间。然而,由于我们使用的是慢病毒
与其他载体一样,这些 rEC 在临床应用方面也受到限制。
直接内皮细胞重编程治疗方法有两种选择:细胞疗法或直接体内重编程。
对于临床应用,两者都需要更安全的递送载体,以尽量减少基因组整合的可能性。
因此,我们开发了腺病毒-ETV2 (Ad-ETV2) 载体。细胞疗法的另一个重要障碍是短期
移植细胞的长期存活。为了解决这个问题,我们研究了
用于延长细胞存活和治疗效果的生物材料。我们最近证明肽
两亲物 (PA) 纳米基质凝胶非常有效,可将人类 iPSC 衍生的 EC 的存活时间延长 10 年以上
几个月并诱导体内连续血管形成。
在这项研究中,首先,我们将首先开发基于细胞的疗法。我们将从以下来源生成临床相容的 rEC
人成纤维细胞,并将这些 rEC 与各种类型的 PA 相结合,生成最佳的 PA 构建体
纳米基质凝胶包含新开发的释放一氧化氮 (NO) 的 PA。然后我们将确定
所选 rEC-PA 纳米基质结构对啮齿动物缺血性心脏的血管化和治疗作用
疾病模型。其次,我们将研究Ad-ETV2是否直接递送至心脏缺血模型中
可以直接将成纤维细胞重编程为功能性内皮细胞并诱导体内血管化。我们将使用
转基因小鼠在体内追踪成纤维细胞向 EC 的命运。该项目的目标是开发
使用新型直接重编程方法结合临床适用的心脏血运重建策略
与组织工程技术。如果成功,这项研究将为广泛的研究提供下一代平台
缺血性心脏病的研究和治疗领域。
项目成果
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